JPS63239846A - 半導体デバイスの製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体デバイスの製造方法、たとえば、光ファ
イバを貫通状態で取り付けたキャップとステムとを気密
的に固定する半導体デバイスの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光通信用光源あるいはディジタルオーディオディスク、
ビデオディスク等の情報処理装置用光源として、半導体
レーザ素子や発光ダイオード等の発光素子が使用されて
いる。また、このような発光素子を内蔵するパッケージ
として、ステムと、このステムの主面側に気密的に固定
されるキャップとからなるパフケージが知られている。

また、パッケージ内の発光素子で発光された光をバフケ
ージの外に案内するために、光ファイバをキャップに貫
通状態で取り付けた構造も使用されている。

キャップに光ファイバを貫通状態で取り付けた例として
、特開昭５５−２２７１３号公報に記載された゛構造が
ある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本出願人にあっては、パッケージ内に半導体レーザ素子
を配設するとともに、この半導体レーザ素子から発光さ
れた光（レーザ光）をシングルモードファイバ（ＳＭＦ
）を介してパッケージ外に案内する構造のシングルモー
ドファイバ付半導体レーザ装置（シングルモードファイ
バ付モジュール）の組立の高歩留り化を検討している。

シングルモードファイバは、レーザ光を案内するコアの
太さが７μｍ−１０μｍ程度と極めて細いため、その組
立において、半導体レーザ素子（レーザダイオードチッ
プ）との位置合わせは高精度を必要とする。レーザダイ
オードチップに対する光ファイバの位置決めは、レーザ
ダイオードチップのレーザ光を発光する出射面に沿うＸ
Ｙ方向およびレーザ光の発光方向に沿うＺ方向と３軸と
なり、たとえば、ＸＹ方向の位置決め精度は１０．２μ
ｍ〜０．５μｍ以内、Ｚ方向の位置決め精度は±２μｍ
以内と極めて高い精度が要求される。

前述のような高い位置決め精度を得るための方法として
は、直接光ファイバを微調整する方法、レンズを利用し
て光ファイバとの光軸合わせする方法、光ファイバをキ
ャップに固定してＺ方向の位置決めを行った後キャップ
をステムに対して相対的に移動調整する方法等がある。

本発明は光ファイバをキャップに位置決め固定した後、
ＸＹの２軸方向の位置決めを行いながらキャップをステ
ムに固定する方法におけるステムとキャップとの固定方
法に関する。

本出願人にあっては、ステムとキヤ、７プを固定する方
法として、ステムとキャップとの間に配設した半田を高
周波加熱して固定する方法やレーザ光を固定部分に照射
して固定する方法を検討している。しかし、これらの方
法では、以下に記すように固定によって位置ずれが生じ
たり、あるいは固定が不充分となったりすることが本発
明者によってあきらかにされた。

すなわち、半田を高周波で加熱する方法では、熱が加わ
るため、温度降下時の収縮の違いによって位置ずれが生
じる。また、レーザ光照射の場合は、ステムやキャップ
の厚さが厚いことと、レーザ光がスポット的であること
から、゛接合部分から熱が逃げ易く熱容量が不足しがち
となり、確実な接合を行い難い。特に、ステムとキャッ
プを気密固定する必要があることから、ステムとキャッ
プの全周は一部とはいえ接合不良個所が存在することは
許されない。

本発明の目的は、ステムとキャップとの位置決めを高精
度に行うとともに、ステムとキャップを気密的に固定で
きる半導体デバイスの製造方法を従供することにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔問題点を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明のシングルモードファイバ付モジュー
ルの製造にあっては、キャップのフランジ部分に部分的
に肉厚が薄い仮固定部を設けておくとともに、ステムに
このキャップを位置決めして重ね合わせた後、レーザ光
を前記仮固定部に照射して仮固定部をステムに固定（仮
固定）し、その後シールドによってキャップの全周をス
テムに固定する（本固定）、なお、前記仮固定部は本固
定時の熱によって再溶融しないように、本固定のシール
ド部分から外れる位置に設けられている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明のシングルモードファイ
バ付モジュールの製造にあっては、キャップのフランジ
部分の肉厚が薄い仮固定部にレーザ光を照射するため、
仮固定部は熱容量が小さい故にレーザ光照射による熱で
溶け、確実にステムに固定される。また、この仮固定時
のレーザ光照射は非接触であることから、ステムに対す
るキャップの相対的位置関係は損なわれず、高精度な位
置決めが行える。さらに、本固定にあっては、仮固定個
所が本固定部分から離れ、本固定時の熱で再溶融するこ
ともないことから、ステムとキャッブの位置ずれが生じ
ることもなく高精度な固定が維持でき、かつシールドに
よってキャップの全周で接合されるため、気密固定が達
成される。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の一実施例によるシングルモードファイ
バ付モジュールを示す断面図、第２図は同しく平面図、
第３図は同じく仮固定状態を示す模式図である。

本発明によって製造されたシングルモードファイバ付モ
ジュールは、第１図および第２図に示されるような構造
となっている。

シングルモードファイバ付モジュールは、第１図に示さ
れるように、それぞれアセンブリの主体部品となるそれ
ぞれコバール材からなる板状のステム１と、このステム
１の主面側に気密固定されたキャップ２とからなってい
る。前記ステム・１は数ｍｍの厚さの円形の金属板とな
っていて、その主面（上面）の中央部には銅等熱導伝性
の良好な金属からなるブロック３が鑞材等で固定されて
いる。このブロック３の側面には、サブマウント４を介
してレーザダイオニ１′チツプ（半導体レーサ゛素子）
５が固定されている。前記レーザダイオードチップ５は
、その上面および下面の図示しない出射面からレーザ光
６　（下面から発光されるレーザ光のみを図示する。）
を発光するようになっている。

一方、前記ステム１の主面には前記レーザダイオードチ
ップ５の下端から発光されるレーザ光６を受光し、レー
ザ光６の光出力をモニターする受光素子７が固定されて
いる。また、前記ステム１には、同図では２零しが示さ
れていないが、３木のり一ド８が固定されている。１本
のり一ド８はステム１の裏面に電気的および機械的に固
定され、他の２木のり−ド８はステムＩを貫通し、かつ
ガラスのような絶縁体を介してステム１に対し電気的に
絶縁されて固定されている。前記ステム１の主面に突出
する２木のり一ド８の上端は、それぞれワイヤｌＯを介
してレーザダイオードチップ５および受光素子７の各電
極に接続されている。

他方、前記ステム１の主面に気密的に取り付けられるキ
ャップ２は、金属体からなるとともに、下縁にはフラン
ジ１１を有する帽子状構造となっている。また、前記キ
ャップ２の天井の中心部分には、シングルモードファイ
バ（光ファイバ）１２が半田等の接合材１３を介して貫
通状態で取り付けられている。このシングルモードファ
イバ１２の下端は、前記ブロック３にサブマウント４を
介して固定されたレーザダイオードチップ５の上面の出
射面に対峙し、この出射面から発光されるレーザ光６を
取り込むようになっている。ソングルモードブアイバ１
２内に取り込まれたレーザ光６は、シングルモードファ
イバ１２によってステム１とキャップ２とからなるパッ
ケージの外に案内される。

また、前記キャップ２は、そのフランジ１１部分を介し
てステムｌの主面に気密的に固定されているが、ステム
１に対してキャップ２は、仮固定と本固定の２段階に亘
って固定されている。すなわち、前記フランジ１１には
、第１図にも示されるように、底のある２個の細い孔１
４が設けられている。この細い孔１４の底部は薄い仮固
定部１５となっている。そして、ステム１とキャップ２
とは、この仮固定部１５の熱による溶融によって仮固定
され、かつキャップ２の全周のシールドによって気密的
に固定されている。

つぎに、このようなシングルモードファイバ付モジュー
ルの製造について説明する。

シングルモードファイバ付モジエールの製造にあっては
、アセンブリの主体部分であるステム１およびキャップ
２が、それぞれ別々に組み立てられる。

ステム１には、前記のように、あらかじめ３本のり−ド
８が取り付けられるとともに、主面にはブロック３が取
り付けられる。その後、ステム１の主面には受光素子７
が搭載される。また、前記ブロック３の一側面にはレー
ザダイオードチップ５を搭載したサブマウント４が固定
される。この場合、前記レーザダイオードチップ５の上
面の出射面高さは、ステム１の主面に対して高精度に決
められる。また、前記受光素子７およびレーザダイオー
ドチップ５の上部電極と、ステム１の主面上に突出する
り−ド８の上端とは、ワイヤ１０によって電気的に接続
される。

一方、前記キャップ２の天井中心部に穿たれた孔には、
石英ガラスからなるシングルモードファイバ１２が挿入
されかつ接合材１３によって固定される。このシングル
モードファイバ１２は、前記孔の中心に位置するように
調整されて固定されるが、特に、シングルモードファイ
バ１２のレーザダイオードチップ５に臨む先端の高さに
注意が払われる。すなわち、後述するように、シングル
モードファイバ付モジュールの最終的な組み立てとして
、前記ステムｌの主面側にキャップ２が重ねられ両者が
固定される。この際、レーザダイオードチップ５に対す
るキャップ２の延在方向、すなわち、レーザ光進行方向
に垂直となる面方向のＸＹ方向の位置決めは、ステム１
の主面に対してキャップ２をすり合わせる方向に移動調
整することによって行え、たとえば、ＸＹ方向の位置決
め精度は±０．２μｍ〜０．５μｍ以内とすることがで
きるが、レーザ光進行方向のＺ方向のレーザダイオード
チップ５とシングルモードファイバ１２の先端との位置
関係は、ステム１上にキャップ２を重ねるだけで設定さ
れてしまう。そこで、前述のように、ステム１上面に対
するレーザダイオードチップ５の高さ、キャップ２のフ
ランジ１１の下面に対するシングルモードファイバ１２
の先端高さを、それぞれステム１およびキャップ２の個
別の組立時に高精度で行い、ステム１とキャップ２が一
体となった時点で、たとえば、レーザダイオードチップ
５とシングルモードファイバ１２との位置精度が±２μ
ｍ以内になるようにする。

つぎに、それぞれサブアセンブリが終了したステム１と
キャップ２を用意した後、ステム１の主面側にキャップ
２を重ね合わせ、レーザダイオードチップ５に対するシ
ングルモードファイバ１２のＸＹ方向の位置決め（ＸＹ
方向の位置決め精度を±０．２μｍ〜０．５μｍ以内と
する。）を行その後、第３図に示されるように、上方か
らＹＡＧレーザあるいはガスレーザ等によって高エネル
ギーのレーザ光線１６を、前記キャップ２のフランジ１
１に設けた細い孔１４の底、すなわち、仮固定部１５に
一時的に照射する。仮固定部１５は、たとえば、数百μ
ｍと薄く形成されていて、熱容量が小さいことから、レ
ーザ光線１６のエネルギーで瞬時に溶ける。また、仮固
定部１５の真下のステム１部分も部分的に溶けるため、
レーザ光照射終了による溶融部分の硬化によって一体的
となる。この結果、ステム１とキャップ２の仮固定が終
了する。なお、第３図には、レーザ光線１６による溶融
硬化領域１７がクロスハツチングによって示されている
。

つぎに、第１図に示されるように、キャップ２の外周全
周が、たとえば、溶接によってシールドされる。このシ
ールド１８によってキャップ２は気密的にステム１に取
り付けられる。この外周シールド、すなわち、本固定に
あっては、キャップ２の外周縁に熱が発生するため、そ
の内側に位置する仮固定部１５の溶融硬化領域１７は、
高い温度で加熱されることもないため、溶融硬化領域１
７が再び溶融してステム１とキャップ２の相対的な位置
関係がずれることもない。

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。

（１）本発明のシングルモードファイバ付モジュールの
製造方法にあっては、レーザダイオードチップとシング
ルモードファイバとのＸ−Ｙ−Ｚ軸と３軸に及ぶ位置決
めにおいて、Ｚ軸に対する位置決めは、レーザダイオー
ドチップにあってはステムに対して行い、シングルモー
ドファイバにあってはキャップに対して行い、その後ス
テムとキャップを一体化する際、Ｘ−Ｙ軸の位置決めを
行うため、同時に３軸の位置決めを行う場合に比較して
、位置決めが容易となるという効果が得られる。

（２）上記（１）により、本発明のシングルモードファ
イバ付モジュールの製造方法によれば、し−ザダイオー
ドチップとシングルモードファイバの位置決めが容易と
なることから、高精度な位置決めが可能となり、光軸合
わせによる光損失の少ない優れたシングルモードファイ
バ付モジュールを提供することができるという効果が得
られる。

（３）上記（１）により、本発明のシングルモードファ
イバ付モジュールの製造方法によれば、レーザダイオー
ドチップとシングルモードファイバの位置決めが容易と
なることから、作業性が向上するという効果が得られる
。

（４）本発明のシングルモードファイバ付モジュールの
製造方法にあっては、ステムとキャップの固定において
、仮固定と本固定と二段階で封止を完了するが、前者の
仮固定では、ステムとキャップの位置決め状態を撰なう
ことなく、非接触で固定を行うため、光結合効率の高い
シングルモードファイバ付モジュールを製造できるとい
う効果が得られる。

（５）上記（１）により、本発明のシングルモードファ
イバ付モジュールの製造方法にあっては、本固定によっ
てステムとキャップを気密固定する。

この本固定では、ステムとキャップは既に仮固定されて
いるため、位置決めに注意を払うことなく固定が行え、
マイクロクランクを発生させることなく気密封止が行え
るという効果が得られる。

（６）上記（１）により、本発明のシングルモードファ
イバ付モジュールの製造方法にあっては、本固定時、既
に固定が成された仮固定部は再？８融しないため、位置
合わせ状態を損なうことがないという効果が得られる。

（７）本発明のシングルモードファイバ付モジュールの
製造方法において行われる仮固定は、薄肉の仮固定部の
溶融であるため、熱容量も小さく、周囲を加熱すること
な（短時間に確実に仮固定部等を溶融でき、確実な固定
ができるという効果が得られる。

（８ン上記（１）〜（７）により、本発明によれば、レ
ーザダイオードチップとシングルモードファイバとの位
置決め精度が高くかつ封止も容易かつ確実となることか
ら、歩留り向上１作業性向上により、品質の優れたシン
グルモードファイバ付モジュールを安価に提供すること
ができるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるシングルモードファ
イバ付モジュールの製造技術に適用した場合について説
明したが、本発明はそれに限定されるものではない。

少なくとも本発明は、ステムとキャップのように２物品
を高精度位置決め固定する技術には適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明のシングルモードファイバ付モジュールの製造に
あっては、ステムとキャップとの封止は、２点固定の仮
固定と、キャップの外周のシールドによる本固定とによ
って行われる。仮固定はキャップのフランジ部分の肉厚
が薄い仮固定部にレーザ光を照射して行うため、仮固定
部は熱容量が小さい故にレーザ光照射による熱で溶け、
確実にステムに固定される。また、この仮固定時のレー
ザ光照射は非接触であることから、ステムに対するキャ
ップの相対的位置関係は損なわれず、高精度な位置決め
が行える。さらに、本固定にあっては、仮固定個所が本
固定部分から離れ、本固定時の熱Ｃ再溶融することもな
いことから、ステムとキャップの位置ずれが生じること
もなく高精度な固定が維持でき、かつシールドによって
キャップの全周で接合されるため、気密固定が達成され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるシングルモードファイ
バ付モジュールを示す断面図、第２図は同しく平面図、 第３図は同じく仮固定状態を示す模式図である。 ｌ・・・ステム、２・・・キャップ、３・・・ブロック
、４・・・サブマウント、５・・・レーザダイオードチ
ップ、６・・・レーザ光、７・・・受光素子、８・・・
リード、１０・・・ワイヤ、１１・・・フランジ、１２
・・・シングルモードファイバ、１３・・・接合材、１
４・・・細い孔、１５・・・仮固定部、１６・・・レー
ザ光線、１７・・・溶融硬化領域、１８・・・シールド
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステムと、このステムに気密的に固定されるキャッ
   プとを有する半導体デバイスの製造方法であって、前記
   ステムとキャップとを部分的に固定する仮固定工程と、
   前記ステムとキャップをその全周に沿って気密的に固定
   する本固定工程とを有することを特徴とする半導体デバ
   イスの製造方法。 ２、前記本固定時の熱によって仮固定部分が溶けてステ
   ムとキャップとが相対的にずれないように前記仮固定個
   所は本固定個所から外れていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の半導体デバイスの製造方法。 ３、前記キャップには光ファイバが貫通状態で気密的に
   取り付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項または第２項記載の半導体デバイスの製造方法。