JP5141288B2 - Optical semiconductor package - Google Patents
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Description
本発明は、面発光型半導体レーザ(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode:以下VCSELと呼ぶ)等の半導体レーザ素子からのレーザ光を光ファイバに結合する光半導体パッケージに関し、特に、温度変化による光出力の低下を抑制する技術に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor package that couples laser light from a semiconductor laser element such as a surface-emitting semiconductor laser (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser diode: hereinafter referred to as VCSEL) to an optical fiber. The present invention relates to a technique for suppressing a decrease in output.
VCSELなど半導体レーザ素子を通信分野の光源に用いる場合、光源の信頼性や安定性を高めるため、半導体レーザ素子をパッケージ内に収容している。図10は、従来の光半導体パッケージの典型的な構成を示す概略断面図である。同図に示す光半導体パッケージ200は、ハウジング212とレンズ214とを一体化したレセプタクル210を有している。ハウジング212の一方の端部には、キャンパッケージ220が結合され、他方の端部には、光ファイバ230が挿入されている。このように、キャンパッケージ220とレセプタクル210とを固定した光半導体パッケージ200は、TOSA(Transmitter Optical Subassembly)と呼ばれている。
When a semiconductor laser element such as a VCSEL is used as a light source in the communication field, the semiconductor laser element is accommodated in a package in order to improve the reliability and stability of the light source. FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a typical configuration of a conventional optical semiconductor package. The optical semiconductor package 200 shown in the figure has a
キャンパッケージ220は、その内部にVCSEL222を含み、VCSEL222から出射されたレーザ光は、レンズ214により集光され、光ファイバ230のコアに入射され、VCSEL222と光ファイバ230とが光結合される。
The
この他にも、VCSELを用いた光半導体パッケージに関する技術は、いくつかの特許文献により開示されている。特許文献1は、レンズと、ハウジングと、光電変換素子とを含み、レンズの一方が入射光をコリメートする機能を有し、他方が意図的に収差をつけて光ファイバを結合するサブアセンブリに関する技術を開示している。意図的にZ方向に収差をつけ、Z方向の調芯を省くことで、アライメント工程を簡略化している。 In addition to this, technologies relating to an optical semiconductor package using a VCSEL are disclosed in several patent documents. Patent Document 1 includes a lens, a housing, and a photoelectric conversion element. One of the lenses has a function of collimating incident light, and the other is a technique related to a subassembly in which an optical fiber is coupled with intentional aberration. Is disclosed. By intentionally giving aberration in the Z direction and omitting alignment in the Z direction, the alignment process is simplified.
特許文献2は、レンズとハウジングとを一体化し、光デバイスを収納する空間が形成されたサブアセンブリに関する技術を開示している。これにより、小型化、低コスト化を可能にしている。
特許文献3は、レンズを樹脂によりインサート成形した一次成形ピースを作製した後、さらにインサート成形してハウジング形状となるように二次成形するような二段階成形の製造方法を開示している。レンズとハウジングを同一の材料により形成することで、低コスト化を図っている。 Patent Document 3 discloses a manufacturing method of two-stage molding in which a primary molded piece in which a lens is insert-molded with a resin is manufactured, and then insert-molded to be secondarily molded into a housing shape. The cost is reduced by forming the lens and the housing from the same material.
図11は、VCSEL単体の常温での光出力特性を示すグラフであり、図12は、VCSELをパッケージした後の常温での光出力特性を示すグラフである。VCSELをキャン(TO−can)やTOSAなどにパッケージすると、サーマルロールオーバーポイント、すなわち最大光出力を得るための駆動電流が低下するという問題がある。VCSEL単体では、図11に示すように最大光出力が3.7mWであるが、その時の駆動電流が21.5mAであり、キャン封止されたパッケージでは、最大光出力が0.98mAであるが、その時の駆動電流は22mAである。ところが、TOSAでは、最大光出力0.58mW時の駆動電流が18mAにまで低下してしまう。 FIG. 11 is a graph showing the light output characteristics at room temperature of the VCSEL alone, and FIG. 12 is a graph showing the light output characteristics at room temperature after the VCSEL is packaged. When a VCSEL is packaged in a can (TO-can), TOSA, or the like, there is a problem that a thermal rollover point, that is, a driving current for obtaining a maximum light output is lowered. As shown in FIG. 11, the VCSEL alone has a maximum light output of 3.7 mW, but the drive current at that time is 21.5 mA, and the can-sealed package has a maximum light output of 0.98 mA. The drive current at that time is 22 mA. However, in TOSA, the drive current at the maximum optical output of 0.58 mW is reduced to 18 mA.
VCSELを常温で駆動する場合、その駆動電流は、サーマルロールオーバーポイントの電流値よりも十分に小さい。他方、VCSELを高温で駆動する場合には、図11および図12に示す光出力特性のグラフは右側にシフトし、常温のときと同等の光出力を得るためには、駆動電流を大きくしなければならない。しかしながら、図12に示すように、VCSELをパッケージした場合には、たとえ駆動電流を大きくしても、その最大光出力が規定の光出力に達しないという問題がある。これは、VCSELの駆動電流を大きくすると、VCSELから放射されるレーザ光の広がり角が大きくなり、レーザ光がレンズ(例えば、図10のレンズ214)の周縁部分に入射され、周縁部分のレーザ光の屈折が不十分となり、収差等の影響により光ファイバーへ適切に入射される光量が低下してしまうためである。特に、マルチモードのVCSELの場合は、シングルモードと比較して広がり角が大きいため、光量の損失が大きくなってしまう。
When the VCSEL is driven at room temperature, the drive current is sufficiently smaller than the current value of the thermal rollover point. On the other hand, when the VCSEL is driven at a high temperature, the graphs of the optical output characteristics shown in FIGS. 11 and 12 shift to the right, and in order to obtain an optical output equivalent to that at room temperature, the drive current must be increased. I must. However, as shown in FIG. 12, when the VCSEL is packaged, there is a problem that even if the drive current is increased, the maximum light output does not reach the prescribed light output. This is because when the drive current of the VCSEL is increased, the spread angle of the laser light emitted from the VCSEL is increased, and the laser light is incident on the peripheral portion of the lens (for example, the
本発明は、このような課題を解決するものであり、広い温度範囲において光出力の低下を抑制した光半導体パッケージを提供することを目的とする。 The present invention solves such a problem, and an object thereof is to provide an optical semiconductor package in which a decrease in light output is suppressed in a wide temperature range.
本発明に係る光半導体パッケージは、第1の熱膨張係数を有する第1の樹脂から形成され、第1の端部と当該第1の端部と対向する第2の端部とを有し、第1および第2の端部にはそれぞれ第1および第2の開口部が形成され、第1の端部と第2の端部の間には内部空間が形成されているハウジングと、半導体レーザ素子を支持する支持部材と、第1の熱膨張係数と異なる第2の熱膨張係数を有する光透過性の第2の樹脂から形成され、前記ハウジングの内壁の一部と接触するように前記内部空間内に配されたレンズ部材とを有し、前記支持部材は、前記半導体レーザ素子が前記第1の開口部内に位置するように前記第1の端部に結合され、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光はレンズ部材を透過して前記第2の開口部へ導かれる。 An optical semiconductor package according to the present invention is formed of a first resin having a first coefficient of thermal expansion, has a first end and a second end facing the first end, A housing in which first and second openings are formed in the first and second ends, respectively, and an internal space is formed between the first end and the second end; and a semiconductor laser A support member for supporting the element; and a light transmissive second resin having a second thermal expansion coefficient different from the first thermal expansion coefficient, and the inner part being in contact with a part of the inner wall of the housing. A lens member disposed in the space, and the support member is coupled to the first end so that the semiconductor laser element is located in the first opening, and is emitted from the semiconductor laser element The laser beam that has passed through the lens member is guided to the second opening.
支持部材は、例えば半導体レーザ素子を搭載するステムである。さらに支持部材は、半導体レーザ素子を封止するようなキャップを含むことができる。前記レンズ部材は、前記支持部材上の半導体レーザ素子を封止するものであってもよい。好ましくは前記第1の樹脂はエポキシ樹脂であり、前記第2の樹脂は、ポリカーボネートである。あるいは前記第1の樹脂はシリコーン樹脂であり、前記第2の樹脂はポリカーボネートである。好ましくは、前記第1の樹脂の第1の熱膨張係数は、前記第2の樹脂の第2の熱膨張係数よりも大きく、前記ハウジングと前記レンズ部材の熱膨張係数の差により前記レンズ部材に応力が与えられたとき、前記第2の樹脂の屈折率は大きくなる。好ましくは、前記第2の樹脂は、光弾性係数が30×10−12/Pa以上であり、屈折率の変化は、0.003以上である。 The support member is, for example, a stem on which a semiconductor laser element is mounted. Further, the support member can include a cap for sealing the semiconductor laser element. The lens member may seal the semiconductor laser element on the support member. Preferably, the first resin is an epoxy resin and the second resin is a polycarbonate. Alternatively, the first resin is a silicone resin and the second resin is a polycarbonate. Preferably, a first thermal expansion coefficient of the first resin is larger than a second thermal expansion coefficient of the second resin, and the lens member is caused by a difference in thermal expansion coefficient between the housing and the lens member. When stress is applied, the refractive index of the second resin increases. Preferably, the second resin has a photoelastic coefficient of 30 × 10 −12 / Pa or more, and a change in refractive index is 0.003 or more.
好ましくは前記レンズ部材は、前記半導体レーザ素子からのレーザ光を入射する入射面と、当該入射面に対向する出射面と、前記入射面と前記出射面とを連結する外周面とを含み。好ましくは外周面は、前記内壁の一部に接着剤により固着されている。好ましくは第2の開口部には、光ファイバが結合される。また、半導体レーザ素子は、マルチモードのレーザ光を出射する面発光型半導体レーザである。 Preferably, the lens member includes an incident surface on which a laser beam from the semiconductor laser element is incident, an emission surface facing the incident surface, and an outer peripheral surface connecting the incident surface and the emission surface. Preferably, the outer peripheral surface is fixed to a part of the inner wall with an adhesive. Preferably, an optical fiber is coupled to the second opening. The semiconductor laser element is a surface emitting semiconductor laser that emits multimode laser light.
本発明によれば、ハウジングと熱膨張係数の異なるレンズ部材をハウジング内に設け、高温時に両者の熱膨張係数の差によって生じる応力をレンズ部材に与えることで、レンズ部材の屈折率を大きくなるように変化させ、実質的にレンズ部材の開口数を大きくする。これにより、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光がレンズ部材によって効果的に屈折されて第2の開口部へ導かれ、第2の開口部における光出力の低下を抑制することができる。 According to the present invention, a lens member having a coefficient of thermal expansion different from that of the housing is provided in the housing, and stress caused by a difference between the two coefficients of thermal expansion is applied to the lens member at a high temperature so that the refractive index of the lens member is increased. To substantially increase the numerical aperture of the lens member. Thereby, the laser light emitted from the semiconductor laser element is effectively refracted by the lens member and guided to the second opening, and a decrease in light output at the second opening can be suppressed.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1(a)は、本発明の第1の実施例に係る光半導体パッケージの概略構成を示す断面図、図1(b)はハウジングの断面図である。第1の実施例に係る光半導体パッケージ10は、VCSELを含むキャンパッケージ12と、円筒状の樹脂から構成されたハウジング14と、ハウジング14内に収容されたレンズ部材16とを有する。
FIG. 1A is a sectional view showing a schematic configuration of an optical semiconductor package according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view of a housing. The
ハウジング14は、エポキシ等の樹脂をモールド成型することによって構成され、図1(b)に示すように、第1の端部14aと、当該第1の端部14aと対向する第2の端部14bとを有する。第1の端部14aと第2の端部14bとの間には、内部空間14cが形成されている。第1の端部14aには、円形状の第1の開口14dが形成され、第2の端部14bには、第1の開口14dよりも径の小さな第2の開口14eが形成されている。内部空間14cは、第1の開口14dおよび第2の開口14eにそれぞれ接続され、両者の境界に段差面14fを有している。さらに第2の開口14e内には、内径を幾分小さくした係止部14gが形成されている。
The
キャンパッケージ12は、レーザ光を出射するVCSEL30と、VCSEL30を搭載する円盤状のステム32と、ステム32上のVCSEL30を封止するカップ状のキャップ34と、ステム32の底面側に取り付けられた導電性金属からなる複数のリード端子36とを含んでいる。キャップ34の上面中央には、円形の開口窓が形成され、開口窓には、平板ガラス34aが取り付けられている。リード端子36は、図示しない貫通孔を介してステム内に挿入され、VCSEL30の電極と電気的に接続される。ステム32は、VCSEL30を支持する支持部材として働くが、ステム32のみならずVCSELを封止するキャップ34もVCSEL30の支持部材として含めることができる。
The
キャンパッケージ12は、VCSEL30が第1の開口14d内に位置するように第1の端部14aに取り付けられている。例えば、ステム32の周縁部分を接着剤等を用いてハウジング14の第1の端部14aに固定することができる。このとき、VCSEL30の発光点は、第1の開口14dのほぼ中心に一致することが好ましい。また、第2の端部14bの第2の開口14e内には、光ファイバ20を保持するための円筒状のフェルール18が挿入される。フェルール18は、その内部に形成された貫通孔内に光ファイバ20のコア20aを保持する。フェルール18の先端は、第2の開口14e内の係止部14gに当接され、コア20aが第2の開口のほぼ中心に位置決めされている。
The can package 12 is attached to the first end portion 14a so that the
図2は、VCSELの典型的な構成を示す断面図である。VCSEL30は、n型のGaAs基板100の裏面にn側電極102を形成し、さらに基板100上に、n型のGaAsバッファ層104、Al組成の異なるn型のAlGaAs層を交互に重ねた下部DBR(Distributed Bragg Reflector:分布ブラッグ型反射鏡)106、活性領域108、周縁に酸化領域を含むp型のAlAsからなる電流狭窄層110、Al組成の異なるp型のAlGaAs層を交互に重ねた上部DBR112、p型のGaAsコンタクト層114を含む半導体層を積層している。積層された半導体層をエッチングすることにより円筒状のポスト(またはメサ)Pが形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical configuration of a VCSEL. The
ポストPの頂部には、層間絶縁膜116のコンタクトホールを介してコンタクト層114に接続されるAu/Ti等の導電性材料からなる環状のp側電極118が形成されている。p側電極118の中央に形成された開口は、レーザ光の出射窓となる。n側電極102とp側電極118間に、順方向バイアス電流を印加することで、例えば、850nmの近傍のマルチモードのレーザ光が出射窓から基板と垂直方向に出射される。出射されたレーザ光は、キャップ34の平板ガラス34aを介してレンズ部材16へ入射される。なお、キャンパッケージ12は、複数の発光スポットが形成されたマルチスポットタイプのVCSELを実装することもできる。
On the top of the post P, an annular p-
レンズ部材16は、ハウジング14を構成する樹脂と異なる樹脂をモールド成型することによって構成される。レンズ部材16を構成する樹脂は、光透過性を有し、ハウジング14の熱膨張係数よりも小さい熱膨張係数を有することが望ましく、さらに応力が印加されたときに屈折率が変化する光弾性特性を有している。
The
レンズ部材16は、図3に示すように、VCSEL30からの光を入射する凸状の入射面40と、入射面40に接続された環状の平坦な面42と、平坦な面42からほぼ直角に延びる第1の接触面44と、第1の接触面44からほぼ直角に延びかつ平坦な面42と対向する第2の接触面46と、第2の接触面46からほぼ直角に延びる第3の接触面48と、第3の接触面に接続されかつ入射面40と対向する凸状の出射面50とを有する。
As shown in FIG. 3, the
入射面40および出射面50の光軸は、VCSEL30の発光点およびコア20aの中心にそれぞれほぼ一致している。第1の接触面44は、図1(a)に示すようにハウジング14の円筒状の内壁14hに接触し、好ましくは、エポキシ系接着剤またはその他の方法等により内壁に面接触する状態で固定されている。第2の接触面46は、ハウジング14の内部空間の段差面14fに面接触し、第3の接触面48は、第2の端部の第2の開口の内壁14iに面接触する。好ましくは、常温(25℃)において、第1、第2、第3の接触面44、46、48とハウジング14との間には、熱膨張係数の差による熱応力は生じていない。パッケージ内の温度または周囲温度が高くなると、レンズ部材とハウジングとがそれぞれの熱膨張係数で熱膨張するが、第1の接触面44が内壁14hに固定されているため、レンズ部材16は、内壁14hによって熱応力を受ける。ハウジング14を構成する樹脂の熱膨張係数がレンズ部材16を構成する樹脂の熱膨張係数よりも大きい場合には、レンズ部材は、半径方向に引っ張られるような熱応力を受ける。ここでは、第2および第3の接触面46、48は、段差面14fおよび内壁14iと自由な状態で接触(つまり、接着剤等によって固定されていない)しているため、ハウジングによって熱応力を受けない。但し、第2、第3の接触面46、48を内壁に接着剤等により固定してもよく、この場合には、第2、第3の接触面46、48も同様に熱応力を受けることになる。
The optical axes of the
次に、高温時における光半導体パッケージの動作を説明する。半導体光パッケージが、例えば120℃等の高温下で使用されるとき、上記したように、ハウジングとレンズ部材との熱膨張係数の差によりレンズ部材16には熱応力が加えられる。図4(b)は、レンズ部材16が引っ張り方向に熱応力を受けたときの様子を示している。すなわち、レンズ部材16の光軸Cを中心に半径方向にはほぼ均一な引っ張り力Pが作用する。
Next, the operation of the optical semiconductor package at a high temperature will be described. When the semiconductor optical package is used at a high temperature such as 120 ° C., for example, as described above, thermal stress is applied to the
レンズ部材16には、光弾性効果を有する物質が用いられるため、レンズ部材16に熱応力が与えられると、レンズ部材16の屈折率が大きくなる。レンズ部材16の屈折率を大きくすることができれば、これは、レンズ部材16の開口数を大きくすることに事実上等しい。
Since a material having a photoelastic effect is used for the
図5は、光弾性係数と屈折率変化との関係を示すグラフである。横軸は光弾性係数、縦軸は屈折率変化である。同図に示すように、光弾性係数が大きな物質であれば、光弾性効果によって屈折率の変化Δnも大きくなる。光弾性係数が30×10−12/Pa以上になると、屈折率の変化Δnが0.003以上となり、この変化量は、レンズ特性の変化となって現れる。よって、レンズ部材16の材料は、光弾性係数が30×10−12/Pa以上であることが望ましい。レンズ部材の開口数NAは、以下の式により導き出すことができる。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the photoelastic coefficient and the refractive index change. The horizontal axis is the photoelastic coefficient, and the vertical axis is the refractive index change. As shown in the figure, if the substance has a large photoelastic coefficient, the refractive index change Δn also becomes large due to the photoelastic effect. When the photoelastic coefficient is 30 × 10 −12 / Pa or more, the refractive index change Δn is 0.003 or more, and this change amount appears as a change in lens characteristics. Therefore, it is desirable that the material of the
図6は、本実施例のハウジングとレンズ部材を構成する樹脂の組合せを示している。図6に示すように、好ましい第1の具体例として、ハウジングの材料にエポキシ樹脂を用い、レンズ部材16の材料にポリカーボネートを用いる。エポキシ樹脂の熱膨張係数は、30×10−5/℃であり、ポリカーボネートの熱膨張係数は、7×10−5/℃である。さらに、ポリカーボネートは、光弾性特性を有し、光弾性係数は、100×10−12/Paであり、応力がゼロのときの屈折率nは、1.59である。上記した図5のグラフを参照すると、ポリカーボネートは、光弾性によって屈折率変化Δnが約0.011である。従って、レンズ部材16に熱応力が与えられたとき、ポリカーボネートの屈折率nは、1.59から1.60に変化する。
FIG. 6 shows a combination of the resin constituting the housing and the lens member of this embodiment. As shown in FIG. 6, as a preferred first specific example, an epoxy resin is used as a material for the housing, and polycarbonate is used as a material for the
また、好ましい第2の具体例として、ハウジングの材料にシリコーン樹脂を用い、レンズ部材16の材料にポリカーボネートを用いることができる。シリコーン樹脂の熱膨張係数は、20×10−5/℃であり、第1の具体例のときと比較してレンズ部材16に加えられる熱応力は幾分小さくなる。
As a preferred second specific example, a silicone resin can be used as the material of the housing, and a polycarbonate can be used as the material of the
図7は、図6に示す具体例1、具体例2および比較例の光学特性を示すグラフであり、横軸は温度、縦軸は開口数NAの変化を示している。式(1)に従い開口数NAを算出するときのレンズの直径D(入射面の径)を1.60mm、レーザビーム径dを1.66mmとしている。図7のグラフから明らかなように、具体例1および具体例2では、パッケージ温度または周囲温度が上昇すると、これに比例して開口数の変化ΔNAが増加する。パッケージ温度が約120℃になると、具体例1では、ΔNAが、0.014、具体例2では、ΔNAが、0.008に増加している。他方、比較例は、ハウジングおよびレンズ部材にそれぞれポリエーテルイミドを用いており、パッケージ温度にかかわらず、開口数NAはほとんど変化しないことがわかる。 FIG. 7 is a graph showing the optical characteristics of Specific Example 1, Specific Example 2 and Comparative Example shown in FIG. 6, where the horizontal axis indicates the temperature and the vertical axis indicates the change in the numerical aperture NA. The lens diameter D (incident surface diameter) when calculating the numerical aperture NA according to the equation (1) is 1.60 mm, and the laser beam diameter d is 1.66 mm. As is apparent from the graph of FIG. 7, in the specific example 1 and the specific example 2, when the package temperature or the ambient temperature rises, the numerical aperture change ΔNA increases in proportion thereto. When the package temperature reaches about 120 ° C., ΔNA increases to 0.014 in specific example 1, and ΔNA increases to 0.008 in specific example 2. On the other hand, the comparative example uses polyetherimide for the housing and the lens member, respectively, and it can be seen that the numerical aperture NA hardly changes regardless of the package temperature.
高温度下で光半導体パッケージを使用するとき、パッケージからの光出力の低下を抑えるため、VCSELを常温時よりも大きな駆動電流で駆動する。この際、VCSELからのレーザ光の広がり角は広がる。しかし、レンズ部材16の屈折率は、光弾性効果により大きくなり、開口数NAが大きくなるため、レンズ部材16の入射面40(図3を参照)の周縁部分に入射されたレーザ光は、光軸方向に向けてより大きく屈折され、さらに出射面50により屈折され、光ファイバ20のコア20aに効果的に入射される。これにより、従来と比較して光ファイバへの入射光量の損失が抑制され、VCSEL30と光ファイバ20の光結合効率を改善することができ、高温環境下における光半導体パッケージの光出力の低下を抑制することができる。
When an optical semiconductor package is used at a high temperature, the VCSEL is driven with a larger driving current than at normal temperature in order to suppress a decrease in light output from the package. At this time, the spread angle of the laser light from the VCSEL is widened. However, since the refractive index of the
第1の実施例では、キャップ34によりVCSEL30を封止したキャンパッケージ12をハウジング14に結合させたが、必ずしもキャップ34は不要である。例えば、図4(a)に示すように、キャップ34を取り除いたステムをハウジング14の第1の端部14aに結合させてもよい。また、キャンパッケージ12は、VCSEL30の出力状態をモニターするための受光素子31を含むものであっても良い。
In the first embodiment, the can package 12 in which the
レンズ部材16の形状は、図1に示す形状に限られず、適宜変更することができ、例えば図4(a)に示すように、全面が凸状の入射面と、入射面に対向する平坦な出射面とを有するような平凸レンズ16aを用いたり、あるいは、球レンズ、非球面レンズ等のレンズ形状を用いることができ、そのようなレンズの側面をハウジング14の内壁に接合させることができる。また、レンズ部材は、図1に示したように必ずしも第2の開口14e内に挿入される必要はない。
The shape of the
さらに上記実施例では、レンズ部材16の第1の接触面44の全体をハウジングの内壁に面接触させるようにしたが、例えば、図4(c)に示すように、レンズ部材16の面内のX方向とY方向に複数の突出部52を形成し、これらの突出部52をハウジングの内壁に接合させるようにしてもよい。あるいは、図4(d)に示すように、ハウジングの内壁に複数の突出部54を形成し、これらの突出部54をレンズ部材の第1の接触部44に接合するようにしてもよい。突出部52、54は、レンズ部材の中心に回転対称の位置にあれば、レンズ部材にほぼ均等な熱応力を与えることができる。
Further, in the above embodiment, the entire
次に、本発明の第2の実施例について説明する。図8は、本発明の第2の実施例に係る光半導体パッケージの概略構成を示す断面図である。第2の実施例に係る光半導体パッケージ10Aは、キャンパッケージを結合する代わりに、樹脂パッケージ60をハウジング14の第1の端部に結合している。樹脂パッケージ60は、1つのリード端子の先端に形成された台座上にダイアタッチ等を介してVCSEL30と受光素子31とを搭載し、VCSEL30および受光素子31を光透過性の樹脂62により封止している。樹脂62は、ハウジング14を構成する樹脂よりも小さな熱膨張係数を有し、かつ外力が加えられたときに光弾性特性により屈折率を変化させる。樹脂62は、例えば、図6に示したような具体例1、2に示すポリカーボネートを用いることができる。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a sectional view showing a schematic configuration of an optical semiconductor package according to the second embodiment of the present invention. In the optical semiconductor package 10A according to the second embodiment, the
樹脂62は、レーザ光を出射する凸状の出射面64と、出射面64に接続された外周面66とを含み、外周面66は、ハウジング14の第1の端部の第1の開口内に接着剤等により接合されている。このため、光半導体パッケージを高温環境下で使用するとき、樹脂62には外周方向に引っ張られるような熱応力が加えられ、樹脂62の屈折率が大きくなり、その開口数NAが大きくなる。これにより、VCSEL30のレーザ光の広がり角は大きくなるが、樹脂62の屈折率が大きくなるため、出射面64から出射されるレーザ光は、常温のときよりも大きく屈折され、その結果、光ファイバのコア20aに効率よく入射され、高温時の光出力の低下が抑制される。
The
図9は、第2の実施例に係る光半導体パッケージの温度変化と開口数の変化の関係を示すグラフである。第2の実施例においても、第1の実施例と同様に、温度が上昇するに従い樹脂62の開口数NAの変化が大きくなることがわかる。第2の実施例では、光半導体パッケージ内の温度が約120℃のとき、開口数NAは、0.008増加する。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the temperature change and the numerical aperture change of the optical semiconductor package according to the second embodiment. Also in the second example, as in the first example, it can be seen that the change in the numerical aperture NA of the
以上のように本実施例によれば、ハウジングとレンズ部材を異なる材料とし、高温時にレンズ部材とレンズ部材を保持するハウジングの熱膨張係数の差に起因する応力をレンズ部材に与え、レンズ部材の屈折率を光弾性効果により上げることで高駆動電流下でもVCSELと光ファイバとの結合効率の低下を抑制することができる。従って、TOSA等のパッケージにおいても、高温時のサーマルロールオーバポイントが低下する減少を抑制することができ、その結果、高温時において良好な出力特性を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, the housing and the lens member are made of different materials, and stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the lens member and the housing that holds the lens member at high temperatures is applied to the lens member. By increasing the refractive index by the photoelastic effect, it is possible to suppress a decrease in the coupling efficiency between the VCSEL and the optical fiber even under a high driving current. Therefore, even in a package such as TOSA, it is possible to suppress a decrease in the thermal rollover point at high temperatures, and as a result, good output characteristics can be obtained at high temperatures.
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention described in the claims. Deformation / change is possible.
上記実施例では、レンズ部材が引っ張られる方向の熱応力を与えるようにしたが、これとは反対に、圧縮方向の熱応力によって屈折率が大きくなる光弾性効果を樹脂であれば、レンズ部材の樹脂の熱膨張係数がハウジングの樹脂の熱膨張係数よりも大きくなるような組合せとしてもよい。 In the above-described embodiment, the thermal stress in the direction in which the lens member is pulled is applied. On the contrary, if the resin has a photoelastic effect in which the refractive index increases due to the thermal stress in the compression direction, A combination in which the thermal expansion coefficient of the resin is larger than the thermal expansion coefficient of the resin of the housing may be used.
本発明に係る光半導体パッケージは、光情報処理や光高速データ通信等の各分野において利用することができる。 The optical semiconductor package according to the present invention can be used in various fields such as optical information processing and optical high-speed data communication.
10:光半導体パッケージ 12:キャンパッケージ
14:ハウジング 14a:第1の端部
14b:第2の端部 14c:内部空間
14d:第1の開口 14e:第2の開口
14f:段差面 14g:係止部
14h:内壁 14i:内壁
16:レンズ部材 18:フェルール
20:光ファイバ 20a:コア
30:VCSEL 32:ステム
34:キャップ 34a:平板ガラス
36:リード端子 40:入射面
42:平坦な面 44:第1の接触面
46:第2の接触面 48:第3の接触面
50:出射面 52、54:突出部
60:樹脂パッケージ 62:樹脂
64:出射面 66:外周面
10: optical semiconductor package 12: can package 14: housing 14a: first end 14b:
Claims (8)
半導体レーザ素子を支持する支持部材と、
第1の熱膨張係数よりも小さい第2の熱膨張係数を有し、かつ光弾性特性を有する光透過性の第2の樹脂から形成され、前記ハウジングの内壁の一部と接触するように前記内部空間内に配されたレンズ部材とを有し、
前記支持部材は、前記半導体レーザ素子が前記第1の開口部内に位置するように前記第1の端部に結合され、
前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光はレンズ部材を透過して前記第2の開口部へ導かれ、
前記レンズ部材は、前記第1の熱膨張係数と前記第2の熱膨張係数との差により当該レンズ部材の半径方向に引っ張られる熱応力を受けたとき、屈折率が大きくなるように変化する、光半導体パッケージ。 Formed from a first resin having a first coefficient of thermal expansion, having a first end and a second end opposite the first end, the first and second ends being Each having a first opening and a second opening, and an inner space formed between the first end and the second end; and
A support member for supporting the semiconductor laser element;
It has a smaller second coefficient of thermal expansion than the first thermal expansion coefficient, and is formed from a light transmitting second resin have a photoelastic properties, so as to contact a portion of the inner wall of the housing A lens member disposed in the internal space,
The support member is coupled to the first end so that the semiconductor laser element is located in the first opening,
Laser light emitted from the semiconductor laser element passes through a lens member and is guided to the second opening ,
When the lens member receives a thermal stress that is pulled in a radial direction of the lens member due to a difference between the first thermal expansion coefficient and the second thermal expansion coefficient, the lens member changes so as to increase a refractive index. Optical semiconductor package.
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