JPS63313884A - 光電子装置 - 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〕 本発明は光電子装置、たとえば、天井部に透明窓を有す
るキャップをステム主面に取り付けた単体の半導体レー
ザ装置およびこの半導体レーザ装置に光フアイバ付ファ
イバホルダを取り付けた光フアイバ付半導体レーザ装置
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。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ッ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パッケージの
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５５−２
２７１３号公報に記載された構造がある。また、特開昭
５７−８４４１４号には、発光ダイオードを基台上に配
するとともに、光ファイバを取り付けたホルダを基台の
フランジに固定した構造が開示されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

パッケージを構成するキャップに光ファイバを取り付け
た構造の光通信用半導体レーザ装置（光電子装置）は、
ステムにキャップを固定する際、気密性を有するように
固定することと、光ファイバとレーザダイオードチップ
との光軸合わせを損なうことなく固定する必要があるた
め、組立が面倒となり、生産コストが高くなる嫌いがあ
る。

そこで、本出願人にあっては、第４図に示されるように
、ステム１と、天井部分に透明窓２を有するキャップ３
によってパッケージ４を構成する単体の半導体レーザ装
Ｗ（光電子袋Ｎ）５に、光ファイバ６を組み込んだファ
イバホルダ７を取り付け、これにより光フアイバ付半導
体レーザ装置を製造する方法を開発している。すなわち
、単体の半導体レーザ装置５は、ステム１の□主面にヒ
ートシンク８を固定し、このヒートシンク８の一側面縁
にレーザダイオードチップ９を固定した構造となってい
る。また、前記レーザダイオードチップ９およびヒート
シンク８を被うようにステム１の主面に気密的に固定さ
れるキャップ３は帽子型となり、その下部のフランジ１
０を介してステム１に固定されている。また、キャップ
３の天井部分は円形にくりぬかれるとともに、このくり
ぬき部分を塞ぐように透明なガラス板１１が取り付けら
れ、レーザダイオードチップ９から発光されたレーザ光
１２が透過できる透明窓２を構成している。また、前記
ファイバホルダ７の中心部分には、ファイバガイド１３
が貫通状態で取り付けられている。このファイバガイド
１３には光ファイバ６が挿入固定されている。したがっ
て、前記レーザダイオードチップ９から発光されたレー
ザ光１２は、透明窓２を通ってファイバガイド１３に支
持されている光ファイバ６の内端に取り込まれ、光ファ
イバ６を通ってパッケージ４の外に案内される。なお、
図中１４はリード、１５はレーザ溶接部である。

このような光フアイバ付半導体レーザ装置は、その組立
において、以下に記すような点において問題があること
が本発明者によってあきらかにされた。すなわち、ステ
ム１にファイバホルダ７を固定する際、キャップ３のフ
ランジ１０よりも外側のステム１主面部分にファイバホ
ルダ７のリング状下縁の接合部１６をレーザ溶接して固
定するが、従来の単体の半導体レーザ装置５にあっては
、キャップ３のフランジ１０の外側に拡がるステム１部
分は短いため、前記接合部１６とフランジ１０との間隔
ａおよび接合部１６とステム１の外縁との間隔すは、た
とえば、０．６ｍｍと極めて少なくなる。この間隔ａお
よび間隔すは、ファイバホルダ７に取り付けられた光フ
ァイバ６をレーザダイオードチップ９に光軸合わせする
際の調整代となるため、調整代が小さい場合には調整が
確実に行えなくなるおそれも生じる。

また、前記ファイバホルダ７はコスト低減のために、Ｎ
ｉを利用することとしているが、ステムｌは一般にその
表面にはＡｕメッキが施されている。このため、レーザ
溶接で厚いステムにファイバホルダ７の接合部１６を溶
接した場合、溶接時の熱が厚いステム部分を介して逃げ
易いこと、ＡＵとＮｉとの溶接であることから熱歪が生
じ、レーザ溶接部１５にマイクロクラックが入り易くな
り、接合の信頼性も低くなるおそれもあることが判明し
た。

なお、光ファイバ６としてシングルモードファイバを使
用する場合、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
。たとえば、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ＸＹ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±０．２μｍ〜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。

本発明の目的は、生産コストの低減が図れる光電子装置
を提供することにある。

本発明の他の目的は、パッケージの気密性がよくかつ光
素子と光ファイバとの光軸合わせがし易い光電子装置を
提供することにある。

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、本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置にあ
っては、ステムと、このステム主面側に取り付けられた
レーザダイオードチップと、天井部に透明窓を有しかつ
周縁のフランジを介して前記ステム主面に気密固定され
た前記レーザダイオードチップを被うキャップと、前記
キャップのフランジに固定されたファイバホルダと、前
記ファイバホルダに貫通状態で取り付けられかつ内端が
前記キャップの透明窓に対面するファイバガイドと、前
記ファイバガイドに挿入固定された光ファイバと、を有
し、前記キャップおよびファイバホルダはいずれもＮｉ
系金属で形成され、キャップのフランジとファイバホル
ダの下端のリング状の接合部は、レーザ溶接によって気
密的に接合されている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の光フアイバ付半導体レ
ーザ装置は、その組立において、レーザダイオードチッ
プが取り付けられたステムにキャップが気密的に固定さ
れ、その後、ステムの幅広となったフランジに光ファイ
バを組み込んだファイバホルダのリング状接合部がレー
ザ溶接される。

したがって、前者のキャップの固定にあっては気密封止
に注意を払って封止を行い、後者のファイバホルダの取
り付けにあっては、レーザダイオードチップと光ファイ
バとの光軸合わせを損なわないように注意を払って固定
を行えば良く、従来のように、気密封止と光軸合わせの
両方に注意を払って行う組立作業に比較して作業が容易
となるため、歩留りが向上し、生産コストの低減が達成
できる。また、キャップのフランジはステムに比較して
薄いことから、レーザ溶接時短時間に加熱されるため、
瞬間的に溶接が行え、接合精度が向上するとともに、キ
ャップとファイバホルダは同材質であることから、熱歪
によってレーザ溶接部にマイクロクランクが入るような
こともなくなり歩留りも向上する。

〔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光フアイバ付半導体レ
ーザ装置の断面図、第２図は同じく半導体レーザ装置の
断面図である。

本発明の光電子装置、すなわち、光フアイバ付半導体レ
ーザ装置は、第２図に示されるようなキャップ３の天井
に透明窓２を有する単体の半導体レーザ装置５に、第１
図に示されるように、光ファイバ６を組み込んだファイ
バホルダ７を取り付けた構造となっている。

ここで、単体の半導体レーザ装置５について説明する。

単体の半導体レーザ装置５は、第２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３
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
なヒートシンク８が鑞材等で固定されている。このヒー
トシンク８の側面には、レーザダイオードチップ（半導
体レーザ素子）９が固定されている（レーザダイオード
チップ９はサブマウントを介してヒートシンク８に固定
される構造でもよい。）。前記レーザダイオードチップ
９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１２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９の下端から発光されるレーザ光１２を受光し、レ
ーザ光１２の光出力をモニターする受光素子１７が固定
されている。また、前記ステム１には、３本のり一ド１
４が固定されている。

１本のリード１４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本のリード１４はステム１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本のり一ド１４の上端は、それぞれワイ
ヤ１Ｂを介してレーザダイオードチップ９および受光素
子１７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３は、金属体、たとえば、Ｎｉからなるとともに
、下縁にフランジ１０を有する帽子状構造となっている
。また、前記キャップ３の天井は、円形にくりぬかれる
とともに、このくりぬき部分を塞ぐように透明なガラス
板１１が取り付けられ、レーザダイオードチップ９から
発光されたレーザ光１２が透過できる透明窓２を構成し
ている。

また、この単体の半導体レーザ装置５にあっては、キャ
ップ３のフランジ１０は従来品に比較して幅広となり、
その縁はステム１の縁にまで延在している。これは、後
述するファイバホルダ７がこのフランジ１０に取り付け
られるためである。

光フアイバ付半導体レーザ装置は、前述のように、キャ
ップ３をステム１に相対的に固定する際、気密封止に注
意を払うだけでよい量産性の高い単体の半導体レーザ装
置５を利用して組み立てられている。すなわち、ファイ
バホルダ７は天井部１９を有する筒状構造となっている
。また、前記天井部１９の中心には筒状のファイバガイ
ド１３が貫通状態でかつ気密的に固定されている。また
、このファイバガイド１３には、たとえば、シングルモ
ードファイバからなる光ファイバ６が挿入固定されてい
る。また、このファイバホルダ７はたとえば、Ｎｉ系材
質で構成されている。

前記ファイバホルダ７を単体の半導体レーザ装置５に取
り付ける際は、ファイバホルダ７の筒状部分をキャップ
３に嵌め込むようにして、先端のリング状接合部１６を
キャップ３のフランジ１０上に重ね、キャップ３に対し
て相対的にファイバホルダ７を移動させ、レーザダイオ
ードチップ９から発光されるレーザ光１２を光ファイバ
６に取り込むようにして光結合効率が最大となる位置関
係になった時点で、レーザ溶接によってキャップ３のフ
ランジ１０にファイバホルダ７の接合部１６を固定する
。この際、フランジ１０は薄いため、スポット光からな
るレーザ光によっても瞬時に加熱されるため、接合部１
６とフランジ１０は瞬間的に確実に溶接されることにな
り、光軸のずれが発生し難くなる。また、キャップ３お
よびファイバホルダ７は同一材質であることから、熱膨
張率の違いによる熱歪は発生し難くなり、レーザ溶接部
１５にマイタロクラックが発生するようなこともなくな
り、接合の信鯨性が向上する。

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）本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置にあって
は、その構造からして、気密封止は、接合の位置精度を
高く要求されないキャップの封止で行え、かつ光ファイ
バに対するレーザダイオードチップの位置合わせ固定は
、気密的な接合ではなく、単なる接合で良いことから、
各接合作業が容易となり、生産性が向上するという効果
が得られる。

（２）本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置は、キャ
ップのフランジの幅を広くしであることから、ファイバ
ホルダのリング状接合部とキャップの外周面との間隔Ｃ
および接合部とステムの外周縁との間隔ｄは、広くなり
、レーザダイオードチップに対する光ファイバの相対的
な位置合わせ作業時の調整台が広くなり、確実な位置合
わせが可能となるという効果が得られる。

（３）上記（２）により、本発明の光フアイバ付半導体
レーザ装置は、調整台が広くなっていることから、ファ
イバホルダの接合部がステムの端から外れるようなこと
もなくなるため、常に接合部がステム上に載る状態とな
り、斜め上方からレーザ光を接合部に照射した場合、効
果的にレーザ光を照射できることとなり、確実なレーザ
溶接が可能となるという効果が得られる。

（４）本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置は、キャ
ップのフランジは薄くなっているため、レーザ溶接待熱
が逃げ難（、瞬間的に加熱されるため、確実かつ瞬間的
に溶接が行えるという効果が得られる。

（５）本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置は、キャ
ップおよびファイバホルダは同一材質となっていること
から、溶接待材質の熱膨張係数の違いによる熱歪の発生
もなく、位置ずれを発生することなく正確な溶接が行え
るという効果が得られる。

（６）本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置は、キャ
ップおよびファイバホルダは同一材質となっていること
から、溶接待材質の熱膨張係数の違いによる熱歪の発生
もないことから、レーザ溶接部にマイクロクラックが発
生しなくなり、接合の信軌性が向上するという効果が得
られる。

（７）本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置は、ファ
イバホルダの接合部をキャップのフランジ上に固定する
構造となっているため、接合部の直径を小さくすること
ができ、装置の小型化も可能となるという効果が得られ
る。

（８）上記（１）〜（６）により、本発明によれば、小
型で気密性が高い光フアイバ付半導体レーザ装置を安価
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。

〔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。

本発明の光フアイバ付半導体レーザ装置にあっては、そ
の組立において、レーザダイオードチップが取り付けら
れたステムにキャップが気密的に固定され、その後、ス
テムの幅広となったフランジに光ファイバを組み込んだ
ファイバホルダのリング状接合部がレーザ溶接される。

したがって、前者のキャップの固定にあっては気密封止
に注意を払って封止を行い、後者のファイバホルダの取
り付けにあっては、レーザダイオードチップと光ファイ
バとの光軸合わせを損なわないように注意を払って固定
を行えば良く、従来のように、気密封止と光軸合わせの
両方に注意を払って行う組立作業に比較して作業が容易
となるため、歩留りが向上し、生産コストの低減が達成
できる。また、キャップのフランジはステムに比較して
薄いことから、レーザ溶接時短時間に加熱されるため、
瞬間的に溶接が行え、接合精度が向上するとともに、キ
ャップとファイバホルダは同材質であることから、熱歪
によってレーザ溶接部にマイクロクラックが入るような
こともなくなり歩留りも向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による光電子装置のを組み込
んだ光フアイバ付半導体レーザ装置を示す断面図である
。 １・・・ステム、２・・・透明窓、３・・・キャップ、
４・・・パッケージ、５・・・単体の半導体レーザ装置
、６・・・光ファイバ、７・・・ファイバホルダ、８・
・・ヒートシンク、９・・・レーザダイオードチップ、
１０・・・フランジ、１１・・・ガラス板、１２・・・
レーザ光、１３・・・ファイバガイド、１４・・・リー
ド、１５・・・レーザ溶接部、１６・・・接合部、１７
・・・受光素子、１８・・・ワイヤ、１９・・・天井部
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステムと、このステム主面側に取り付けられた光素
   子と、天井部に透明窓を有しかつ周縁のフランジを介し
   て前記ステム主面に気密固定された前記光素子を被うキ
   ャップと、前記キャップのフランジに固定されたファイ
   バホルダと、前記ファイバホルダに貫通状態で取り付け
   られかつ内端が前記キャップの透明窓に対面するファイ
   バガイドと、前記ファイバガイドに挿入固定された光フ
   ァイバと、を有することを特徴とする光電子装置。 ２、前記ステム主面にはレーザダイオードチップが取り
   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
   記載の光電子装置。 ３、ステムと、このステム主面側に取り付けられた光素
   子と、天井部に透明窓を有しかつ周縁のフランジを介し
   て前記ステム主面に気密固定された前記光素子を被うキ
   ャップと、を有する光電子装置であって、前記キャップ
   のフランジ縁はステムの縁にまで延在していることを特
   徴とする光電子装置。 ４、前記ステム主面にはレーザダイオードチップが取り
   付けられていることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載の光電子装置。