JPH10153724A - 光半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光半導体モジュールにおいて、衝撃に対して
信頼性を高めたモジュール構造及び薄型で衝撃に対して
信頼性を高めたモジュール構造を提供する。 【解決手段】 光半導体素子２１又は２３と第１のレン
ズ１６と、第１のレンズ１６と対向して配置されている
第２のレンズ１１と、光半導体素子と光結合された光フ
ァイバー１４とから構成された光半導体モジュール１に
於いて、第２のレンズ１１は非球面レンズ９と当該非球
面レンズ９を固着せしめた金属ホルダー１０とで構成さ
れると共に、第２のレンズ１１が金属ホルダー１０を介
してケースの側壁部８に気密的に固着せしめられている
光半導体モジュール１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体モジュー
ルに関するものであり、特に詳しくは、光半導体レーザ
モジュール及び光半導体受光モジュールに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来より、レーザダイオードやフォトダ
イオードを使用して、所定の信号情報を送信及び受信す
る為の光半導体モジュールに於いては、一般的に、光学
レンズ系をアイソレータ等と一体化して、温度制御用熱
電子冷却素子（熱電素子）に搭載した上で、所定の気密
性のケース内に配置すると同時に、適宜の光ファイバー
と接続する構成を採用している。

【０００３】然しながら、係る構成の光半導体モジュー
ルに於いては、当該アイソレータを含む光学系の寸法或
いはその重量が大きくなり、温度制御用熱電子冷却素子
に対する荷重負担がきつくなっているので、振動或いは
衝撃に対して弱いと言う結果が示されており、又、小型
化、薄型化に際して障害となっていた。係る問題を解決
する為に、光学レンズ系を２つに分割し、一方を該ケー
ス内に配置すると共に、他方をケースの側壁部に配備さ
せる構成のものが提案されている。

【０００４】その場合、当該光半導体モジュールのケー
ス側壁に光学系レンズをどの様に取り付けるは、重要な
問題であり、従来より種々のものが提案されており、例
えば、特開平７−１３０４７や特開平６−２７３６４０
に開示されているものが知られている。例えば、特開平
７−１３０４７では、図３（Ａ）に示す様にケース２０
１の側面２０２に形成したスリーブ部２１２に円筒状若
しくは柱状のレンズ２０８を取付けている。

【０００５】又、特開平６−２７３６４０では、当該ケ
ース２０１側面に形成された穴に直接レンズが取り付け
られている。更に、当該ケース内部に設けられたレンズ
保持部２０５にレンズ２０７を取り付ける技術として
も、従来より種々のものが提案されており、例えば特開
平７−１３０４７では、図３（Ｂ）に示すように、金属
ホルダ３０３にレンズ３０４が複数個の位置３０３で、
ハンダ固定又は低融点ガラスにより融着固定されたレン
ズホルダをレンズ保持部（ステム）３０２に取り付けら
れている例が示されている。

【０００６】また、上記の様な円柱状のレンズホルダを
レンズ保持部３０２に取り付ける場合には、柱状の穴に
レンズホルダを搭載する方法が良く知られている。搭載
方法は、ＹＡＧ溶接方法による。ＹＡＧ溶接は、円の全
周にわたって等間隔な位置に位置に３カ所以上行う。
（図３（Ｂ）の示す事例では、６カ所行っている。） この様に、円の全周にわたって等間隔な位置で溶接する
のは、光軸ズレを防ぐためである。溶接箇所が３箇所以
上であるのは、３箇所以上でないと固定強度が小さいか
らである。なお、レンズの全周を固定せずに、レンズの
片側だけを固定する技術としては、特開平５−６０９３
８などで開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】係る従来の方法に於け
る第１の問題点は、従来技術では、ケースの側壁に設け
られる第２レンズは、封止材を介してケースに直接取り
付けられている為、ケースに衝撃が加わった場合レンズ
に伝わる衝撃が大きいため、レンズが外れると言う様な
不具合やレンズが破壊する不具合が発生することであ
る。

【０００８】又、第２の問題点は、特開平７―１３０４
７では、半導体レーザと第一レンズとの位置調整を無調
整にて最適結合状態を確保するように温度制御用熱電子
冷却素子（熱電素子）に搭載するステムを複雑な構造に
しているため、熱電素子に搭載する当該レンズ系部品の
重量が大きいので、衝撃を加えたときに冷却素子が破壊
する不具合が発生することである。

【０００９】更に、第３の問題点は、特開平５−６０９
３８では、レンズの全周を固定せずに、搭載部に溝を形
成して、レンズの片側だけを固定しているが、この場
合、レンズと固定部材との接合面積が少ないため、固定
強度が小さい。このため、衝撃を加えた時、レンズが外
れる不具合、レンズが破壊する不具合、光軸ズレが発生
する。

【００１０】第４の問題点は、従来技術では、図３
（Ａ）に示す様に、上記温度制御用熱電子冷却素子をケ
ース側面に取り付けているため、レンズ付き基板の高さ
が高いため、光半導体モジュールの全体の高さが大きく
なり、光半導体モジュールの薄型化が困難であるという
とである。本発明の目的は、上記した従来技術に於ける
欠点を改良し、衝撃に対する強度が大きく、小型化、薄
型化に適した光半導体モジュールを提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用
するものである。即ち、本発明に係る光半導体モジュー
ルは、光半導体素子と該光半導体素子からの出射光を平
行光又は疑似平行光に変換するか、平行光又は疑似平行
光を該光半導体素子に集光させる第１のレンズと、該第
１のレンズと対向して配置され、当該第１のレンズによ
り変換された平行光又は疑似平行光を集光するか平行光
又は疑似平行光を該第１のレンズに集光させる第２のレ
ンズと、該第１及び第２のレンズを介して該光半導体素
子と光結合された光ファイバーと、上記構成部品を収
納、固定するケースとから構成された光半導体モジュー
ルに於いて、当該第２のレンズは非球面レンズと当該非
球面レンズを固着せしめた金属ホルダーとで構成される
と共に、当該第２のレンズが該金属ホルダーを介して当
該ケースの側壁部に気密的に固着せしめられている光半
導体モジュールである。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る光半導体モジュール
は、上記した様に第２レンズが非球面レンズを直接金属
ホルダに形成したレンズホルダで構成され、第２レンズ
をケース側面に封止材を用いて取り付けた構造となって
いることから、ケースに衝撃が加えられたとき、金属ホ
ルダが緩衝材となるため、レンズに加わる衝撃を緩和す
ることが出来る。

【００１３】更に、本発明に於ける光半導体モジュール
に於いては、第１レンズを搭載する第１レンズ保持部
に、当該第１のレンズの光軸方向に見た断面形状に適合
した穴を形成し、その第１レンズ保持部の底面に平行で
かつ第１レンズを搭載した時に底面からの高さがほぼ同
一となる面で切断して形成した第１レンズ保持部に第１
のレンズを固定したレンズ付部品を搭載する構造にする
ことにより、熱電素子に乗せる重量を小さくする事がで
きるため、ケースに衝撃が加えられたとき、熱電素子に
加わる力を低減することが出来る。また、同時に該レン
ズ付部品を搭載することにより、衝撃に強くかつモジュ
ールの薄型化を実現することが出来る。

【００１４】

【実施例】以下に本発明に係る光半導体モジュールの具
体例に関する構成を図面を参照しながら詳細に説明す
る。即ち、図１は本発明に係る光半導体モジュール１の
一具体例の構成を説明する断面図であり、図中、光半導
体素子２１又は２３と該光半導体素子２１又は２３から
の出射光を平行光又は疑似平行光に変換するか、平行光
又は疑似平行光を該光半導体素子に集光させる第１のレ
ンズ１６と、該第１のレンズ１６と対向して配置され、
当該第１のレンズ１６により変換された平行光又は疑似
平行光を集光するか平行光又は疑似平行光を該第１のレ
ンズ１６に集光させる第２のレンズ１１と、該第１及び
第２のレンズ１６、１１を介して該光半導体素子２１又
は２３と光結合された光ファイバー１４と、上記構成部
品を収納、固定するケース２とから構成された光半導体
モジュール１に於いて、当該第２のレンズ１１は非球面
レンズ９と当該非球面レンズ９を固着せしめた金属ホル
ダー１０とで構成されると共に、当該第２のレンズ１１
が該金属ホルダー１０を介して当該ケースの側壁部８に
気密的に固着せしめられている光半導体モジュール１が
示されている。

【００１５】即ち、本発明に係る光半導体モジュール１
のより具体的な構成としては、上記構成に加えて、当該
第１のレンズ１６は、非球面レンズ１９と当該非球面レ
ンズ１９を固着せしめた金属ホルダー１８とで構成され
ると共に、当該第１のレンズ１６が該金属ホルダー１８
を介して、当該ケース２内部に、当該ケース２内部の底
面に直交する様に設けられている第１レンズ保持部１７
に固着せしめられると共に、当該第１レンズ保持部１７
の上部先端部３０の表面位置に、当該第１レンズ１６の
最上面部分若しくはその近傍部分３１が配置せしめられ
ている構成を有するものである。

【００１６】即ち、本発明に係る光半導体モジュール１
に於いては、衝撃に対する強度向上のために、第２レン
ズ１１が非球面レンズ９を直接金属ホルダ１０に固着せ
しめた構成を採用し、且つ、該第２レンズ１１をケース
２の側面８に封止材２６を用いて気密的に取り付けた構
造とするものである。また、本発明に於いては、熱電素
子６への衝撃を低減するために第１レンズ１６を搭載す
る第１レンズ保持部１７に、例えば円柱上の穴を形成
し、その第１レンズ保持部１７の底面に対して平行でか
つ第一レンズ１６を搭載した時に、当該第１のレンズ１
６の頂部或いは最高位部３１が、当該第１レンズ保持部
１７の上面部に存在する様に、即ち、両者の底面からの
高さがほぼ同一となる位置で、該第１レンズ保持部１７
の上端部を切断し、それにレンズを固定することによ
り、レンズ付部品７の重量を小さくし、熱電素子に加わ
る力を小さくするものである。また、レンズ付き部品７
の高さを小さくすることにより、全高の小さいモジュー
ルを実現することが可能である。

【００１７】本発明に於いては、当該第２のレンズ１６
を構成する当該金属ホルダー１８が、封止材２６を介し
て当該側壁部８に気密的に固着せしめられている事が望
ましく、又当該金属ホルダー１８は、該側壁部８の外壁
面部２８に沿って突起状部分２７が形成されている事が
望ましい。係る構成によって、アイソレータ等を含む適
宜のホルダー部１２を容易に接続させる事が可能とな
る。

【００１８】本発明に於いて使用される当該第１のレン
ズ１６若しくは第２のレンズ１１の光軸方向の断面は、
円形に限定されるものでなく、楕円形、矩形、多角形等
から任意に選択された一つの断面形状を有しているもの
である。本発明に於いて当該光半導体素子が、半導体レ
ーザーである場合には、当該光半導体素子２１は、図１
（Ａ）に示す整合回路２０上に配置されるのが望まし
く、又当該光半導体素子２３が、フォトダイオードであ
る場合には、図１（Ａ）に示すＰＤキャリア２２上に配
置されるのが望ましい。

【００１９】以下、本発明に係る光半導体モジュール１
を更に詳細に説明する。即ち図１（Ａ）は、光素子２１
が半導体レーザである半導体レーザダイオードモジュー
ル１の構成を示す縦断面図である。全体を符号１で示す
半導体レーザモジュールは、箱形のケース２とケース２
を覆うキャップ３からなる気密パッケージ４を有し、パ
ッケージ４の内部は、乾燥窒素ガスが充填される。

【００２０】該ケース２の底面５には、温度制御用熱電
子冷却素子（熱電素子）６に搭載されたレンズ付部品７
がＩｎＳｎ、ＢｉＳｎ、ＩｎＰｂＡｇなどのソルダによ
り固定される。該ケース２の側壁８には、前記した構成
からなる第２レンズ１１が、Ａｕ−Ｓｎ等のソルダかあ
るいは、低融点ガラスを用いて固定されると共に、第２
レンズ１１には、適宜のホルダ１２が取り付けられ、ホ
ルダ１２には、スライドリング１３が取り付けられ、ス
ライドリング１３には、光ファイバ１４の端部を保持す
るフェルール１５が固定される。第２レンズの前後どち
らにでもアイソレータを設けることができる。

【００２１】一方、図１（Ｂ）は、レンズ付部品７の詳
細を示す図である。該レンズ付き部品７は、第１レンズ
１６と第１レンズ保持部１７から構成されている。第１
レンズ１６は、例えば円柱状の金属ホルダ１８に非球面
レンズ１９が直接形成されている。当該第１レンズ保持
部１７は、例えばＬ字型のブロックを形成し、それに該
第１レンズ１６搭載用の例えば円柱状の穴を形成する。
さらに、レンズ付部品７の重量を小さくし、高さを低く
するために、第１レンズ保持部１７を底面に平行で、第
１レンズ１６を搭載した時、第１レンズ保持部１７と第
一レンズ１６の高さがほぼ同一となる面で切断する。

【００２２】これは、従来と同様の方法で固定すること
を可能にするためである。従来と同様の方法で固定する
ことにより、従来とほぼ同等の強度が得られる。その接
合方法は、Ａｕ−Ｓｎ等によるソルダ付けや低融点ガラ
スによる融着でもよい。第１レンズ保持部１７には、Ｎ
ｉ、Ａｕ等のメッキを施工しておく。

【００２３】当該レンズ付き部品７の上面には、ＬＤキ
ャリア２０、半導体レーザ２１、ＰＤキャリア２２、モ
ニタ用受光素子２３、サーミスタ２４、整合回路２５が
搭載される。以上の部品が搭載されたレンズ付部品７を
熱電素子６にＩｎＳｎ、ＢｉＳｎ、ＩｎＰｂＡｇなどの
ソルダにより固定される。

【００２４】この場合、熱電素子６に加わる重さは、ほ
ぼレンズ付き部品７の重さで決定される。レンズ付き部
品７の重さを小さくすることにより、熱電素子６に加わ
る重さを小さくすることができる。本発明では、図３
（Ｂ）に示す従来の構造に対して、重量を約１５％小さ
くし、高さを約２０％小さくする事が出来た。

【００２５】更に、第２レンズ１１は、突起付き金属ホ
ルダ１０に非球面レンズ９を直接固着させた構造となっ
ている。該第２レンズ１１は、Ａｕ−Ｓｎ等のソルダを
用いて取り付けられるが、ケースとレンズの間に金属が
あるため、ケースに衝撃が加えられたとき、レンズに加
わる力を小さくすることが出来る。また、突起付き金属
ホルダの突起部２７を、ケース壁面２８に面接触して固
定することから、強度的に従来技術に対して有利であ
り、取付方法も従来技術に対して簡単である。

【００２６】以上の構成により、モジュールの全高を
８．２ｍｍ以下にし、ＸＹＺ各方向５回、１５００Ｇを
０．５ｍｓ加える衝撃試験をクリアし、衝撃に対する信
頼度を高めた光半導体レーザーダイオードモジュールを
実現することができる。第２の実施例として図２により
説明する。図２は、光素子２３が受光素子である半導体
受光モジュール１の構成を示す縦断面図である。

【００２７】全体を符号１０１で示す光半導体受光モジ
ュールは、箱型のケース１０２と、ケース１０２を密封
するキャップ１０３からなるパッケージを有する。当該
ケース１０２の底面にレンズ付き部品１１１とＰＤキャ
リア１０４が搭載される。該レンズ付き部品１１１は、
第１レンズ保持部１１０と第１レンズ１０９から構成さ
れている。

【００２８】又、ＰＤキャリア１０４には受光素子１０
６、回路整合基板１０５等が搭載される。当該ケース側
壁１２０には、第２レンズ１１４が固定される。当該第
２レンズ１１４には、ホルダ１１６が取り付けられ、ホ
ルダ１１６には、スライドリング１１５が取り付けら
れ、スライドリング１１５には、光ファイバ１１８の端
部を保持するフェルール１１７が固定される。

【００２９】該第２レンズ１１４は、、Ａｕ−Ｓｎ等の
ソルダを用いてケース１０２に取り付けられている。

【００３０】

【発明の効果】本発明に係る半導体装置及び半導体装置
の製造方法は、上記した様な技術構成を採用しているの
で、以下の様な効果を得ることが出来る。即ち、第２レ
ンズが非球面レンズを直接金属ホルダに形成したレンズ
ホルダで構成され、ケース側面に封止材を用いた構造と
したことにより、光半導体レーザダイオードモジュール
の衝撃に対する信頼度を高めることになる。

【００３１】又、上記構成と効果に加えて、第１レンズ
を搭載する第１レンズ保持部に例えば円柱状或いはその
他の形状の穴を形成し、その第１レンズ保持部の底面に
平行でかつ第１レンズを搭載した時、第１レンズ保持部
と第１レンズの高さがほぼ同一となる面で、当該第１レ
ンズ保持部を切断して形成したレンズ搭載部に第１レン
ズを固定する構造にすることにより、光半導体レーザダ
イオードモジュールの衝撃に対する信頼度を高め、かつ
光半導体レーザダイオードモジュールの薄型化が可能と
なる。

【００３２】又、第２レンズが非球面レンズを直接金属
ホルダに形成したレンズホルダで構成され、ケース側面
に封止材を用いた構造としたことにより、光半導体受光
モジュールの衝撃に対する信頼度を高めることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る光半導体モジュールの一
具体例の構成を示す断面図であり図１（Ａ）は、本発明
による光半導体レーザダイオードモジュールの縦断面図
であり、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に於いて使用される
レンズ付き部品の詳細図を示す。

【図２】図２は、本発明に係る光半導体受光モジュール
の縦断面図を示す。

【図３】図３は、従来に於ける光半導体モジュールの一
例に於ける構成を示す断面図であり図３（Ａ）は、従来
に於ける光半導体レーザダイオードモジュールの縦断面
図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に於いて使用され
るレンズ付き部品の詳細図を示す。

【符号の説明】

１、１０１…光半導体モジュール ２、１０２…ケース ３、１０３…キャップ ４…気密パッケージ ５…ケース底部 ６…温度制御用熱電子冷却素子（熱電素子） ７、１１１…レンズ付部品 ８、１２０…側壁部 ９、１１２…非球面レンズ １０、１１３…金属ホルダー １１、１１４…第２のレンズ １２、１１６…ホルダ １３、１１５…スライドリング １４、１１８…光ファイバー １５、１１７…フェルール １６、１０９…第１レンズ １７、１１０…第１レンズ保持部 １８、１０８…非球面レンズ １９、１０７…金属ホルダ ２０…ＬＤキャリア ２１…半導体レーザ ２２、１０４…ＰＤキャリア ２３、１０６…モニタ用受光素子 ２４…サーミスタ ２５、１０５…整合回路 ２７…突起部 ２８…側壁部の外壁部 ３０…第１レンズ保持部の上面部 ３１…第１レンズ部の頂部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光半導体素子と該光半導体素子からの出
   射光を平行光又は疑似平行光に変換するか、平行光又は
   疑似平行光を該光半導体素子に集光させる第１のレンズ
   と、該第１のレンズと対向して配置され、当該第１のレ
   ンズにより変換された平行光又は疑似平行光を集光する
   か平行光又は疑似平行光を該第１のレンズに集光させる
   第２のレンズと、該第１及び第２のレンズを介してに該
   光半導体素子と光結合された光ファイバーと、上記構成
   部品を収納、固定するケースとから構成された光半導体
   モジュールに於いて、当該第２のレンズは非球面レンズ
   と当該非球面レンズを固着せしめた金属ホルダーとで構
   成されると共に、当該第２のレンズが該金属ホルダーを
   介して当該ケースの側壁部に気密的に固着せしめられて
   いる事を特徴とする光半導体モジュール。
2. 【請求項２】 当該第２のレンズを構成する当該金属ホ
   ルダーが、封止材を介して当該側壁部に気密的に固着せ
   しめられている事を特徴とする請求項１記載の光半導体
   モジュール。
3. 【請求項３】 当該金属ホルダーは、該側壁部の外壁面
   部に沿って突起状部分が形成されている事を特徴とする
   請求項１又は２記載の光半導体モジュール。
4. 【請求項４】 当該第１のレンズは、非球面レンズと当
   該非球面レンズを固着せしめた金属ホルダーとで構成さ
   れると共に、当該第１のレンズが該金属ホルダーを介し
   て、当該ケース内部に、当該ケース内部の底面に直交す
   る様に設けられている第１レンズ保持部に固着せしめら
   れると共に、当該第１レンズ保持部の上部先端部の表面
   位置に、当該第１レンズの最上面部分若しくはその近傍
   部分が配置せしめられている事を特徴とする請求項１乃
   至３の何れかに記載の光半導体モジュール。
5. 【請求項５】 当該第１のレンズ若しくは第２のレンズ
   の光軸方向の断面は、円形、楕円形、矩形、多角形等か
   ら選択された一つの断面形状を有している事を特徴とす
   る請求項１乃至４の何れかに記載の光半導体モジュー
   ル。
6. 【請求項６】 当該光半導体素子が、半導体レーザーで
   ある事を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の光
   半導体モジュール。
7. 【請求項７】 当該光半導体素子が、フォトダイオード
   である事を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の
   光半導体モジュール。