JPH0247609A - 光半導体アセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 概要 光半導体モジュールの構成要素である光半導体アセンブ
リに関し、 光半導体素子とレンズの位置調整に際しての光軸に垂直
な方向への調整代（しろ）が大きく、且つ、当該位置関
係を長期にわたり安定に維持することが可能な光半導体
アセンブリの提供を目的とし、 光半導体素子を保持するマウントと上記光半導体素子か
ら放射された光のビーム形状を変化させ又は上記光半導
体素子に光を集束して入射させるためのレンズを保持す
るレンズホルダとを一体化してなる光半導体アセンブリ
において、上記マウントと上記レンズホルダの相対する
側を平坦に形成し、これらの平坦面のうちの一方に円錐
状凸部を設け、他方に上記円錐状凸部の円錐面を平行移
動じた形状の円錐面を有する円錐状凹部を設け、上記平
坦面同士を密着すると共に上記円錐状凸部を上記円錐状
凹部に収容した状態で上記マウントと上記レンズホルダ
を半田付けして上記凸部と上記凹部間に半田を充填して
構成する。

産業上の利用分野 本発明は、光半導体モジニールの構成要素である光半導
体アセンブリに関する。

半導体レーザ（ＬＤ）及び発光ダイオード（ＬＥＤ）等
の光半導体素子と光ファイバとの光学的な結合において
は、両者のビームパラメータが大きく異なるために単純
に両者を近接させるだけでは結合損失が大きい。このた
め、光半導体素子と光ファイバとの高結合効率を得るに
は、ビーム変換を行うためのレンズが必要となる。光半
導体素子、レンズ及び光ファイバは、通常、光半導体モ
ジュールとして一体的に組立て使用される。この種の光
半導体モジコールにおいては、上記各光学要素の相対的
な位置関係が直接的に結合効率に影響を及ぼすので、各
光学要素を最良の位置に調整して固定することが要求さ
れる。

以下の説明においては、ＬＤ及びＬＥＤ等を用いてなる
発光系の光半導体モジュールについて本発明を説明する
が、本発明はこれに限定されず、レンズの集光作用の共
通性により発光系の光半導体モジュールと可逆的に機能
する、フォトダイオード等を用いてなる受光系の光半導
体モジニールにも適用可能である。

従来の技術 第６図は一般的な光半導体モジュールの基本構成を示す
図である。このモジュールは、光軸ＯＡ上に、光半導体
素子４１、第ルンズ４２、第２レンズ４３及び光ファイ
バ４４をこの順に配置して構成されている。光半導体素
子４１から所定の開口角で放射された光は、第ルンズ４
２により概略平行光ビームとされ、この平行光ビームは
第２レンズ４３により集束されて光ファイバ４４の端面
から入射される。このような光半導体モジコールを製造
する場合には、光半導体素子４１及び第ルンズ４２を所
定の位置関係で相互固定して光半導体アセンブリ４５と
し、一方、第２レンズ４３及び光ファイバ４４を所定の
位置関係で相互固定してファイバアセンブリ４６とし、
これらのアセンブＵ４５．４６を一体化するように組立
ていＳ０予め構成部品をアセンブリ化してお（のは、ア
センブリ同士の位置関係を調整することによりモジュー
ル全体の光軸調整を容易に行うためである。

第７図は、光半導体アセンブリ４５の具体的構成例を示
す図である。光半導体素子４１が固定されたマウント４
７から例えば円柱形状の支柱４８を突出させ、この支柱
４８を、第ルンズ４２が固定されたレンズホルダ４９の
挿入孔５０に遊嵌した状態で、光半導体素子４１と第ル
ンズ４２の相対位置関係を調整し、最良の位置にて半田
付けして挿入孔５０に半田５１を充填したものである。

尚、光半導体素子と第ルンズの相対位置関係の調整は、
一般には、第ルンズによりコリメートされた光半導体素
子の出射光のビーム形状が許容範囲内となるように光半
導体素子と第ルンズ間の離間距離（２方向）を調整する
フォーカス調整と、上述のコリメート光の出射方向が許
容範囲内となるように第ルンズを光半導体素子に対して
光軸に垂直な方向（ｘｙ平面上）に調整するアライメン
ト調整とからなるが、上記従来例では、光半導体素子４
１及び第ルンズ４２が予め所定の位置に固定されている
ので、フォーカス調整は不要になっている。

発明が解決しようとする課題 第７図に示される光半導体アセンブリにおいてアライメ
ント調整を行う場合、任意の位置に位置するマウントの
支柱４８をレンズホルダの挿入孔５０壁面に当接するま
で移動させることのできる距離（調整代）Ｃは、その部
分で固定に供される半田の厚みと一致する。このため、
調整代を大きくするためには、半田層を厚くする必要が
ある。

固定に供される半田層の厚みが厚くなると、半田固化後
のクリープ現象により、マウント４７とレンズホルダ４
９の相対位置関係が微妙に変化し、固定当初の光結合効
率を長期間にわたり安定に維持することができなくなる
。このように従来は、光結合効率の長期安定性を犠牲に
して調整代を大きくするか、或いは、小さな調整代を許
容して光結合効率の長期安定性を図るか、いずれか一方
を選択する必要があった。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、光
半導体素子とレンズの位置調整に際しての光軸に垂直な
方向への調整代が大きく、且つ、当該位置関係を長期に
わたり安定に維持することが可能な光半導体アセンブリ
の提供を目的としている。

課題を解決するための手段 第１図は本発明の原理図である。

１は光半導体素子であり、マウント２に保持されている
。

３は光半導体素子１から放射された光のビーム形状を変
化させ又は光半導体素子１に光を集束して入射されるた
めのレンズであり、レンズホルダ４に保持されている。

マウント２とレンズホルダ４は一体化されて光半導体ア
センブリが構成されている。

そして、マウント２とレンズホルダ４の相対する側を平
坦に形成し、これらの平坦面のうちの一方に円錐状凸部
５を設け、他方に円錐状凸部５の円錐面を平行移動した
形状の円錐面を有する円錐状凹部６を設け、上記平坦面
同士を密着すると共に円錐状凸部５を円錐状凹部６に収
容した状態でマウント２とレンズホルダ４を半田付けし
て凸部５と凹部６間に半田７を充填するようにしている
。

図ではマウント２に凸部５が、レンズホルダ４に凹部６
が設けられているが、マウントに凹部、レンズホルダに
凸部が設けられていてもよい。

作　　　用 第２図は本発明の作用説明図である。

いま、円錐状凸部５の頂角を２θ、調整代をＡ、その調
整代部分における半田層の厚みをＢとすると、ｃｏｓθ
＝Ｂ／Ａとなるから、１３　＝　Ａｃｏｓθであること
が明らかである。この結果、Ｂ＜Ａとなり、調整代と半
田厚みが同一であった従来例と比較して、従来例と同一
の調整代であれば半田厚みを薄くすることができ、又、
従来例と同一の半田厚みであれば調整代を大きくするこ
とができる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明の実施例を示す光半導体アセンブリの組
立説明図、第４図は組立られた同アセンブリの部分断面
図である。半導体レーザチップ等の光半導体素子１１は
、熱伝導性の良好なＣｕ等からなるヒートシンク１２の
上部に形、成された凹部１２ａに、ダイヤモンド等から
なる載置台１３を介して例えば半田付は固定されており
、ヒートシンク１２は、例えば蝋付けによりマウント１
４の上端に固定されている。一方、球レンズ等のレンズ
１６は、例えば圧入によりレンズホルダ１５の孔１５ａ
に固定されている。マウント１４のレンズホルダ１５に
対向する側の面は平坦面１４ａとされており、この平坦
面１４ａからは円錐状凸ｌ１１４ｂが突出している。レ
ンズホルダ１５のマウント１４に対向する側の面も平坦
面１５ｂとされており、この平坦面１５ｂには、円錐状
凸部１４ｂの円錐面を平行移動した形状の円錐面を有す
る円錐状凹部１５Ｃが形成されている。１５ｄは円錐状
凹部１５Ｃの頂部に形成された貫通孔であり、これを設
けておくことにより、半田付けに際して過剰な半田を排
除することができるようになっている。

マウント１４とレンズホルダ１５を接合する場合には、
図示しないリング状の半田を円錐状凸部。

１４ｂに密着させるかあるいは円錐状凸部１４ｂの周囲
の平坦面１４ａに密着させ、円錐状凸部１４ｂが円錐状
凹部１５ｃに収納されるようにマウント１４とレンズホ
ルダ１５を互いに押し付け、上記リング状の半田を溶融
させる。半田が溶融すると、この溶融半田は表面張力等
の作用によって、第４図に示すように、円錐状凸部１４
ｂと円錐状凹部１５Ｃ間の間隙に充填され、マウントの
平坦面１４ａとレンズホルダの平坦面１５ｂは押圧力に
より密着するから、光半導体素子１１と第ルンズ１５の
光軸方向の位置関係を一定にしたまま、つまり、フォー
カス状態をほぼ一定に保ったまま、平坦面１４ａ、１５
ｂを摺動させることによって、調整代の範囲内でアライ
メントｇ整を行うことができる。尚、第４図において１
７で示されるのは凝固した半田である。

第５図は上述のようにアライメント調整を完了した光半
導体アセンブリを用いて構成される光半導体モジュール
の一例を示す断面図である。光半導体ア°センブリのマ
ウント１４はステム２０に固定されており、ステム２０
には光半導体アセンブリを気密封止するために、ガラス
窓２１ａを有するキャップ２１が取付けられている。２
２は光半導体素子に駆動電圧を印加するための端子であ
る。

一方、ファイバアセンブリは、光ファイバ２３をフェル
ール２４に挿入固定し、さらにフェルール２４をフラン
ジ２５に挿入固定し、フランジ２５を、第２レンズ２６
が挿入固定された第２レンズホルダ２７と一体化するこ
とによって構成されている。

このようなモジュールにあっては、光半導体アセンブリ
及びファイバアセンブリにおけるアライメント調整を行
って例えばそれぞれの光軸が平行になるようにして右け
ば、モジニール組立段階において、各アセンブリを光軸
に垂直な方向に位置調整するだけで、容易に高い光結合
効率を得ることができる。

発明の効果 以上詳述したように、本発明によれば、光半導体素子と
レンズの位置調整に際しての光軸に垂直な方向への調整
代が従来と同等であれば固定に供される半田厚みを薄く
することができ、半田厚みが同等であれば同調整代を大
きくすることができ、その結果、アライメント調整が容
易で、高い光結合効率を長期にわたり安定に維持するこ
とが可能な光半導体アセンブリを提供することができる
という効果を奏する。

６．１５Ｃ・・・円錐状凹部、 １６・・・第ルンズ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は本発明の作用説明図、 第３図は本発明の実施例を示す光半導体アセンブリの組
立説明図、 第４図は組立られた光半導体アセンブリの部分断面図、 第５図は本発明の実施例を示す光半導体モジュールの断
面図、 第６図及び第７図は従来技術を説明するための図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光半導体素子（１）を保持するマウント（２）と上記光
   半導体素子（１）から放射された光のビーム形状を変化
   させ又は上記光半導体素子（１）に光を集束して入射さ
   せるためのレンズ（３）を保持するレンズホルダ（４）
   とを一体化してなる光半導体アセンブリにおいて、 上記マウント（２）と上記レンズホルダ（４）の相対す
   る側を平坦に形成し、 これらの平坦面のうちの一方に円錐状凸部（５）を設け
   、他方に上記円錐状凸部（５）の円錐面を平行移動した
   形状の円錐面を有する円錐状凹部（６）を設け、上記平
   坦面同士を密着すると共に上記円錐状凸部（５）を上記
   円錐状凹部（６）に収容した状態で上記マウント（２）
   と上記レンズホルダ（４）を半田付けして上記凸部（５
   ）と上記凹部（６）間に半田（７）を充填したことを特
   徴とする光半導体アセンブリ。