JPH07287149A - 光半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents
光半導体モジュール及びその製造方法Info
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- JPH07287149A JPH07287149A JP7008286A JP828695A JPH07287149A JP H07287149 A JPH07287149 A JP H07287149A JP 7008286 A JP7008286 A JP 7008286A JP 828695 A JP828695 A JP 828695A JP H07287149 A JPH07287149 A JP H07287149A
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- holder
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い光結合率が得られる光半導体モジュール
を提供する。 【構成】 半導体レーザ素子101は、発光素子用ベー
ス104の底部に固定されている。発光素子用ベース1
04の壁部105は、半導体レーザ素子101から出射
された光が通過する開口部106を有していると共に、
半導体レーザ素子101と反対側に平滑面が形成されて
いる。第1のホルダー110の端面は壁部105の平滑
面と摺接可能である。第1のホルダー110の内部には
第2のホルダー119が軸方向へ摺動可能に挿入されて
いる。第2のホルダー119の内部には非球面レンズ1
07が固定されている。半導体レーザ素子101から出
射された光は非球面レンズ107により集光され実装用
光ファイバー113の入射部に結合する。発光素子用ベ
ース104、第1のホルダー110及び第2のホルダー
119は、半導体レーザ素子101から出射された光の
実装用光ファイバー113の入射部における結合効率が
最大になるように固定されている。
を提供する。 【構成】 半導体レーザ素子101は、発光素子用ベー
ス104の底部に固定されている。発光素子用ベース1
04の壁部105は、半導体レーザ素子101から出射
された光が通過する開口部106を有していると共に、
半導体レーザ素子101と反対側に平滑面が形成されて
いる。第1のホルダー110の端面は壁部105の平滑
面と摺接可能である。第1のホルダー110の内部には
第2のホルダー119が軸方向へ摺動可能に挿入されて
いる。第2のホルダー119の内部には非球面レンズ1
07が固定されている。半導体レーザ素子101から出
射された光は非球面レンズ107により集光され実装用
光ファイバー113の入射部に結合する。発光素子用ベ
ース104、第1のホルダー110及び第2のホルダー
119は、半導体レーザ素子101から出射された光の
実装用光ファイバー113の入射部における結合効率が
最大になるように固定されている。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザや発光ダ
イオード等の発光素子を備えた光半導体モジュール及び
その製造方法に関する。
イオード等の発光素子を備えた光半導体モジュール及び
その製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】発光素子の光をレンズを介して光ファイ
バーに結合する技術は、光通信やレーザ治療器などの分
野において大変重要である。特に、光通信の場合、シン
グルモード光ファイバーのコア径は8μm程度と小さ
く、発光素子から出射された光を光ファイバーの入射部
に効率良く結合させることは困難な問題である。以下、
従来の光半導体モジュールについて説明する。
バーに結合する技術は、光通信やレーザ治療器などの分
野において大変重要である。特に、光通信の場合、シン
グルモード光ファイバーのコア径は8μm程度と小さ
く、発光素子から出射された光を光ファイバーの入射部
に効率良く結合させることは困難な問題である。以下、
従来の光半導体モジュールについて説明する。
【0003】図6(a),(b)は、例えば特開平4−
355706号公報に示される従来の第1の光半導体モ
ジュールを示し、図6(a)はその側方断面図であり、
図6(b)は図6(a)のVI−VI線の断面図である。
355706号公報に示される従来の第1の光半導体モ
ジュールを示し、図6(a)はその側方断面図であり、
図6(b)は図6(a)のVI−VI線の断面図である。
【0004】図6(a),(b)において、601は半
導体レーザ素子、602はSiCよりなるサブマウン
ト、603は銅よりなるステムである。ダイスボンダー
によって、半導体レーザ素子601はサブマウント60
2の上に、サブマウント602はステム603の上にそ
れぞれハンダにより固定されている。ステム603は銅
製の第1のベース604の上にハンダにより固定されて
いる。半導体レーザ601とパッケージ605との間に
は図示しない金ワイヤが延びており、外部から半導体レ
ーザ素子601に電流が供給されるようになっている。
導体レーザ素子、602はSiCよりなるサブマウン
ト、603は銅よりなるステムである。ダイスボンダー
によって、半導体レーザ素子601はサブマウント60
2の上に、サブマウント602はステム603の上にそ
れぞれハンダにより固定されている。ステム603は銅
製の第1のベース604の上にハンダにより固定されて
いる。半導体レーザ601とパッケージ605との間に
は図示しない金ワイヤが延びており、外部から半導体レ
ーザ素子601に電流が供給されるようになっている。
【0005】図6(a),(b)において、606は
0.5程度の開口数と13mm程度の物像間距離を持つ
非球面レンズであって、非球面レンズ606はステンレ
ス製の円筒状のレンズホルダー607に嵌合されてい
る。また、608はステンレス製の第2のベース、60
9はペルチェ素子よりなる電子クーラーであって、電子
クーラー608はパッケージ605内にハンダにより予
め固定されている。第1のベース604及び第2のベー
ス608は電子クーラー609の上にハンダにより固定
されている。
0.5程度の開口数と13mm程度の物像間距離を持つ
非球面レンズであって、非球面レンズ606はステンレ
ス製の円筒状のレンズホルダー607に嵌合されてい
る。また、608はステンレス製の第2のベース、60
9はペルチェ素子よりなる電子クーラーであって、電子
クーラー608はパッケージ605内にハンダにより予
め固定されている。第1のベース604及び第2のベー
ス608は電子クーラー609の上にハンダにより固定
されている。
【0006】レンズホルダー607はレーザ溶接により
第2のベース608の上に固定されているが、固定され
る前に、非球面レンズ606と半導体レーザ素子601
とをテレビカメラによりモニターしながら、半導体レー
ザ素子601が非球面レンズ606の焦点位置にくるよ
うに、非球面レンズ606の位置が調整される。この
際、位置の調整ができるのは、図6(a),(b)に示
したX,Z方向のみである。Y方向の位置決め精度は前
記の各部品の加工精度とハンダの厚さの精度に依存して
いる。光アイソレータ610はパッケージ605の内部
に予め固定されている。
第2のベース608の上に固定されているが、固定され
る前に、非球面レンズ606と半導体レーザ素子601
とをテレビカメラによりモニターしながら、半導体レー
ザ素子601が非球面レンズ606の焦点位置にくるよ
うに、非球面レンズ606の位置が調整される。この
際、位置の調整ができるのは、図6(a),(b)に示
したX,Z方向のみである。Y方向の位置決め精度は前
記の各部品の加工精度とハンダの厚さの精度に依存して
いる。光アイソレータ610はパッケージ605の内部
に予め固定されている。
【0007】図6(a),(b)において、611は光
通信用のシングルモード光ファイバーであり、該シング
ルモード光ファイバー611は、ジルコニア及びステン
レスよりなる円筒状のフェルール612に互いの中心軸
が合うように精度良く固定されている。フェルールホル
ダー613は、パッケージ605との間に擦り合わせ面
を持っていると共に、フェルール612が擦り合わされ
ながら挿入できるように断面円形の穴を有している。シ
ングルモード光ファイバー611の位置は、半導体レー
ザ素子601を発振させ、その光の入射量が最大になる
ように決められる。フェルールホルダー613、パッケ
ージ605及びフェルール612は、レーザ溶接により
互いに固定されている。尚、614はパッケージ605
の蓋、615は受光素子、616は受光素子用マウント
である。
通信用のシングルモード光ファイバーであり、該シング
ルモード光ファイバー611は、ジルコニア及びステン
レスよりなる円筒状のフェルール612に互いの中心軸
が合うように精度良く固定されている。フェルールホル
ダー613は、パッケージ605との間に擦り合わせ面
を持っていると共に、フェルール612が擦り合わされ
ながら挿入できるように断面円形の穴を有している。シ
ングルモード光ファイバー611の位置は、半導体レー
ザ素子601を発振させ、その光の入射量が最大になる
ように決められる。フェルールホルダー613、パッケ
ージ605及びフェルール612は、レーザ溶接により
互いに固定されている。尚、614はパッケージ605
の蓋、615は受光素子、616は受光素子用マウント
である。
【0008】図7は、例えば、アンリツテクニカル、N
o.65、48−54頁に示される従来の第2の光半導
体モジュールの側方断面図である。
o.65、48−54頁に示される従来の第2の光半導
体モジュールの側方断面図である。
【0009】図7において、701は半導体レーザ素
子、702は銅よりなるステムであって、ダイスボンダ
ーによって、半導体レーザ素子701はステム702
に、ステム702は銅製のベース703にそれぞれハン
ダにより固定されている。
子、702は銅よりなるステムであって、ダイスボンダ
ーによって、半導体レーザ素子701はステム702
に、ステム702は銅製のベース703にそれぞれハン
ダにより固定されている。
【0010】図7において、704は、0.6程度の開
口数と1mm程度のレーザ側の焦点距離を持つ非球面レ
ンズであって、該非球面レンズ704はレンズホルダー
705に嵌合されている。光アイソレータ706は光軸
をレンズホルダー705に合わせた状態でレンズホルダ
ー705に固定されている。突き当てブロック707
は、半導体レーザ素子701と非球面レンズ704との
間隔を非球面レンズ704の焦点距離に合わすために設
けられている。突き当てブロック707は、正面(図7
の左側)から見るとU字状の形状をしており、レンズホ
ルダー705の擦り合わせ面708と左右両面及び下面
の3面で接している。
口数と1mm程度のレーザ側の焦点距離を持つ非球面レ
ンズであって、該非球面レンズ704はレンズホルダー
705に嵌合されている。光アイソレータ706は光軸
をレンズホルダー705に合わせた状態でレンズホルダ
ー705に固定されている。突き当てブロック707
は、半導体レーザ素子701と非球面レンズ704との
間隔を非球面レンズ704の焦点距離に合わすために設
けられている。突き当てブロック707は、正面(図7
の左側)から見るとU字状の形状をしており、レンズホ
ルダー705の擦り合わせ面708と左右両面及び下面
の3面で接している。
【0011】従って、Z方向の位置決め精度に関して
は、突き当てブロック707の長さの加工精度、非球面
レンズ704とレンズホルダー705の嵌合精度及び半
導体レーザ素子701とステム702との位置合わせ精
度の和により決まる。一方、X,Y方向に関しては、レ
ンズホルダー705を突き当てブロック707に擦り合
わせながら移動させることによって調整され、その後、
レンズホルダー705と突き当てブロック707とはレ
ーザ溶接により固定される。
は、突き当てブロック707の長さの加工精度、非球面
レンズ704とレンズホルダー705の嵌合精度及び半
導体レーザ素子701とステム702との位置合わせ精
度の和により決まる。一方、X,Y方向に関しては、レ
ンズホルダー705を突き当てブロック707に擦り合
わせながら移動させることによって調整され、その後、
レンズホルダー705と突き当てブロック707とはレ
ーザ溶接により固定される。
【0012】電子クーラー710はパッケージ709に
ハンダにより固定されており、銅製のベース703は電
子クーラー710にハンダにより固定される。
ハンダにより固定されており、銅製のベース703は電
子クーラー710にハンダにより固定される。
【0013】図7において、711は光通信用のシング
ルモード光ファイバーであって、該シングルモード光フ
ァイバー711の位置調整の手法は、従来の第1の光半
導体モジュールと同様である。また、712はジルコニ
ア及びステンレスよりなる円筒状のフェルール、713
はフェルールホルダー、714はパッケージ709の蓋
である。
ルモード光ファイバーであって、該シングルモード光フ
ァイバー711の位置調整の手法は、従来の第1の光半
導体モジュールと同様である。また、712はジルコニ
ア及びステンレスよりなる円筒状のフェルール、713
はフェルールホルダー、714はパッケージ709の蓋
である。
【0014】図8は、例えば、特開平3−61927又
は特開昭55−22968に示される従来の第3の光半
導体モジュールの側方断面図である。第3の光半導体モ
ジュールは、前記の第1又は第2の光半導体モジュール
と異なり、外形が円筒状であって、電子クーラーは半導
体レーザ素子の直下には位置していない。
は特開昭55−22968に示される従来の第3の光半
導体モジュールの側方断面図である。第3の光半導体モ
ジュールは、前記の第1又は第2の光半導体モジュール
と異なり、外形が円筒状であって、電子クーラーは半導
体レーザ素子の直下には位置していない。
【0015】図8において、801は半導体レーザ素
子、820は銅よりなるステム、821は銅又は鉄より
なるベースである。半導体レーザ素子801にはリード
線803より電流が供給される。805は球レンズであ
って、該球レンズ805はガラス板826に樹脂により
固定されており、ガラス板826は有底円筒状のキャッ
プ823の底部に固定されている。キャップ823とベ
ース821との間には、リング状の金具822がキャッ
プ823及びベース821の両方に擦り合わさるように
配置されており、該金具822により、半導体レーザ素
子801と球レンズ805との相対的な位置がX,Y,
Z方向に調整できる。824は擦り合わせ面である。
子、820は銅よりなるステム、821は銅又は鉄より
なるベースである。半導体レーザ素子801にはリード
線803より電流が供給される。805は球レンズであ
って、該球レンズ805はガラス板826に樹脂により
固定されており、ガラス板826は有底円筒状のキャッ
プ823の底部に固定されている。キャップ823とベ
ース821との間には、リング状の金具822がキャッ
プ823及びベース821の両方に擦り合わさるように
配置されており、該金具822により、半導体レーザ素
子801と球レンズ805との相対的な位置がX,Y,
Z方向に調整できる。824は擦り合わせ面である。
【0016】光ファイバー814とキャップ823との
間にはホルダー827が配置されており、該ホルダー8
27により、光ファイバー814とキャップ823との
相対的な位置がX,Y,Z方向に調整できる。尚、81
3は光ファイバーカバー、828は光ファイバーの保持
台である。
間にはホルダー827が配置されており、該ホルダー8
27により、光ファイバー814とキャップ823との
相対的な位置がX,Y,Z方向に調整できる。尚、81
3は光ファイバーカバー、828は光ファイバーの保持
台である。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
第1〜第3の光半導体モジュールは、以下に示すような
理由により、要求される位置決め精度を満たしておら
ず、高い光結合効率を安定して得るには不十分である。
第1〜第3の光半導体モジュールは、以下に示すような
理由により、要求される位置決め精度を満たしておら
ず、高い光結合効率を安定して得るには不十分である。
【0018】図9に示すような半導体レーザ素子90
1、レンズ902及び光ファイバー903を光学的に結
合する場合、相互の位置が最適位置からずれたときのレ
ンズの結合効率とずれ量との関係を説明する。尚、図9
において904はフェルールである。
1、レンズ902及び光ファイバー903を光学的に結
合する場合、相互の位置が最適位置からずれたときのレ
ンズの結合効率とずれ量との関係を説明する。尚、図9
において904はフェルールである。
【0019】半導体レーザ素子901の放射光の半値全
幅は、Y方向に約30度、X方向に約25度である。レ
ンズ902は非球面レンズであって、該レンズ902に
おいては、レーザ側の開口数が約0.45、ファイバー
側の開口数が約0.1、最高結合効率が得られる物像間
距離が約13mmである。もし理想的な結合が得られれ
ば、75%程度の結合効率が得られる設計である。光フ
ァイバー903は、従来の第1の光半導体モジュールに
示したものと同等である。
幅は、Y方向に約30度、X方向に約25度である。レ
ンズ902は非球面レンズであって、該レンズ902に
おいては、レーザ側の開口数が約0.45、ファイバー
側の開口数が約0.1、最高結合効率が得られる物像間
距離が約13mmである。もし理想的な結合が得られれ
ば、75%程度の結合効率が得られる設計である。光フ
ァイバー903は、従来の第1の光半導体モジュールに
示したものと同等である。
【0020】図9は、半導体レーザ素子901、レンズ
902及び光ファイバー903が最高結合効率が得られ
る位置関係に調整された状態を示している。
902及び光ファイバー903が最高結合効率が得られ
る位置関係に調整された状態を示している。
【0021】もし、この状態からレンズ902が動いた
としたら結合効率は激減する。結合効率が最高効率の9
0%にまで落ちてしまう(0.1デシベルの劣化)と不
良であると認定する規格の場合、良品範囲はX,Y方向
で±0.3μm程度、Z方向で±3μm程度である。以
下、この良品範囲を「本来の良品範囲」と称する。いく
ら高効率に設計されたレンズでも、前記の位置決め精度
を実現できなければ、性能を発揮できないということで
ある。
としたら結合効率は激減する。結合効率が最高効率の9
0%にまで落ちてしまう(0.1デシベルの劣化)と不
良であると認定する規格の場合、良品範囲はX,Y方向
で±0.3μm程度、Z方向で±3μm程度である。以
下、この良品範囲を「本来の良品範囲」と称する。いく
ら高効率に設計されたレンズでも、前記の位置決め精度
を実現できなければ、性能を発揮できないということで
ある。
【0022】さて、前記従来の第1〜第3の光半導体モ
ジュールは、X,Y方向で±15μm程度、Z方向で±
30μm程度に良品の範囲を緩和しても、この良品の範
囲の精度すら満たすことができない。以下、その理由に
ついて順次説明する。
ジュールは、X,Y方向で±15μm程度、Z方向で±
30μm程度に良品の範囲を緩和しても、この良品の範
囲の精度すら満たすことができない。以下、その理由に
ついて順次説明する。
【0023】まず、従来の第1の光半導体モジュールに
おいては、Y方向の位置決め精度は、半導体レーザ素子
601、サブマウント602、ステム603、第1のベ
ース604、レンズホルダー607及び第2のベース6
08の厚さ方向の寸法公差、非球面レンズ606とレン
ズホルダー607との中心軸合わせ精度、非球面レンズ
606の外観的中心軸と光学的な光軸とのずれ量並びに
ハンダ材の厚さに依存している。銅やステンレスの加工
精度は一般的に±20μmが限度である。これ以上の加
工精度を要求すると加工費が掛り過ぎて、光半導体モジ
ュールの大きなコスト高を招く。また、非球面レンズ6
06とレンズホルダー607との中心軸合わせ精度は±
5μm程度が限度である。また、ハンダ材の膜厚は±3
μm程度のバラツキが避けられない。従って、これらの
寸法誤差を全て合計すると、Y方向で±15μm程度と
いう許容範囲を大きく逸脱してしまう。
おいては、Y方向の位置決め精度は、半導体レーザ素子
601、サブマウント602、ステム603、第1のベ
ース604、レンズホルダー607及び第2のベース6
08の厚さ方向の寸法公差、非球面レンズ606とレン
ズホルダー607との中心軸合わせ精度、非球面レンズ
606の外観的中心軸と光学的な光軸とのずれ量並びに
ハンダ材の厚さに依存している。銅やステンレスの加工
精度は一般的に±20μmが限度である。これ以上の加
工精度を要求すると加工費が掛り過ぎて、光半導体モジ
ュールの大きなコスト高を招く。また、非球面レンズ6
06とレンズホルダー607との中心軸合わせ精度は±
5μm程度が限度である。また、ハンダ材の膜厚は±3
μm程度のバラツキが避けられない。従って、これらの
寸法誤差を全て合計すると、Y方向で±15μm程度と
いう許容範囲を大きく逸脱してしまう。
【0024】次に、従来の第2の光半導体モジュールに
よると、Z方向の位置決め精度は部品公差により決まっ
てくる。具体的には、突き当てブロック707の長さの
加工精度が最小で±20μm、非球面レンズ704とレ
ンズホルダー705とのZ方向の嵌め込み精度が±30
μm、半導体レーザ素子701とステム702との位置
合わせ精度が±10μmである。これらの寸法誤差の和
は±60μmであり、Z方向で±30μm程度という許
容範囲をやはり大きく逸脱している。
よると、Z方向の位置決め精度は部品公差により決まっ
てくる。具体的には、突き当てブロック707の長さの
加工精度が最小で±20μm、非球面レンズ704とレ
ンズホルダー705とのZ方向の嵌め込み精度が±30
μm、半導体レーザ素子701とステム702との位置
合わせ精度が±10μmである。これらの寸法誤差の和
は±60μmであり、Z方向で±30μm程度という許
容範囲をやはり大きく逸脱している。
【0025】次に、従来の第3の光半導体モジュールを
示す文献には、球レンズ805の位置を半導体レーザ素
子801に対してX,Y,Zの全方向に調整でき、その
最適位置の決定には光出力をモニターして行なうと記載
されている。球レンズ805と半導体レーザ素子801
との精密な位置合わせには、モニター用の受光部品とし
ては、狭い開口部を持つ受光素子、又は光ファイバー8
14のコア径と同程度か又は小さいコア径を持つモニタ
ー用光ファイバーを使わなければならない。
示す文献には、球レンズ805の位置を半導体レーザ素
子801に対してX,Y,Zの全方向に調整でき、その
最適位置の決定には光出力をモニターして行なうと記載
されている。球レンズ805と半導体レーザ素子801
との精密な位置合わせには、モニター用の受光部品とし
ては、狭い開口部を持つ受光素子、又は光ファイバー8
14のコア径と同程度か又は小さいコア径を持つモニタ
ー用光ファイバーを使わなければならない。
【0026】しかしながら、本発明者らが検証した結
果、モニター用光ファイバーと球レンズ805との位置
が、最適値(理想的な焦点位置)に対してX,Y方向で
±15μm程度以内、Z方向で±30μm程度以内のず
れ量に納まっていない場合には、いくら球レンズ805
と半導体レーザ素子801との精密な位置合わせを行っ
ても、良品値である「最高結合効率の90%以上」を満
足できない。
果、モニター用光ファイバーと球レンズ805との位置
が、最適値(理想的な焦点位置)に対してX,Y方向で
±15μm程度以内、Z方向で±30μm程度以内のず
れ量に納まっていない場合には、いくら球レンズ805
と半導体レーザ素子801との精密な位置合わせを行っ
ても、良品値である「最高結合効率の90%以上」を満
足できない。
【0027】ところが、前記文献には、これに関する記
述は全く見当たらない。また、キャップ823がプレス
により成型されているため十分な加工精度が得られな
い。このため、キャップ823の公差が大きくなり、キ
ャップ823と金具822との間の隙間は±50μm程
度以上になってしまう。従って、レーザ溶接等により固
定する際に球レンズ805が動いてしまい、X,Y方向
で±15μm程度という許容範囲をやはり大きく逸脱し
てしまう。
述は全く見当たらない。また、キャップ823がプレス
により成型されているため十分な加工精度が得られな
い。このため、キャップ823の公差が大きくなり、キ
ャップ823と金具822との間の隙間は±50μm程
度以上になってしまう。従って、レーザ溶接等により固
定する際に球レンズ805が動いてしまい、X,Y方向
で±15μm程度という許容範囲をやはり大きく逸脱し
てしまう。
【0028】また、前記のような部品形状の場合、従来
の第1又は第2の光半導体モジュールのように、電子ク
ーラーを半導体レーザ素子の直下に持ってくることが難
しいので、温度の精密な制御が必要とされる場合又は発
熱量が大きい素子を冷却する場合には用いることができ
ない。
の第1又は第2の光半導体モジュールのように、電子ク
ーラーを半導体レーザ素子の直下に持ってくることが難
しいので、温度の精密な制御が必要とされる場合又は発
熱量が大きい素子を冷却する場合には用いることができ
ない。
【0029】以上の問題を整理して説明すると、従来の
第1又は第2の光半導体モジュールのように一部を部品
の寸法精度に依存するレンズの位置決め方法によると、
要求される位置精度を満たすことは極めて難しい。ま
た、従来の第3の光半導体モジュールのように結合効率
をモニターする方法においては、本発明者らの検証によ
るとレンズとモニター用受光部品との位置関係を予め精
密に決めておかなければならないが、前記従来の第3の
光半導体モジュールでは、そのような工夫はなされてお
らず、高い光結合効率は得られない。
第1又は第2の光半導体モジュールのように一部を部品
の寸法精度に依存するレンズの位置決め方法によると、
要求される位置精度を満たすことは極めて難しい。ま
た、従来の第3の光半導体モジュールのように結合効率
をモニターする方法においては、本発明者らの検証によ
るとレンズとモニター用受光部品との位置関係を予め精
密に決めておかなければならないが、前記従来の第3の
光半導体モジュールでは、そのような工夫はなされてお
らず、高い光結合効率は得られない。
【0030】前記に鑑み、本発明は高い光結合率が得ら
れる光半導体モジュール及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
れる光半導体モジュール及びその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0031】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明が講じた
解決手段は、光半導体モジュールを、発光素子と、底部
と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記底部の表
面において前記発光素子を保持し、前記壁部に前記発光
素子から出射された光が通過する開口部が形成され、前
記壁部における前記発光素子と反対側に平滑面を有する
発光素子用ベースと、前記壁部の平滑面と摺接可能な端
面を有する筒状の第1のホルダーと、前記第1のホルダ
ーの内部に軸方向へ摺動可能に挿入された筒状の第2の
ホルダーと、前記第2のホルダーの内部に保持されてお
り、前記開口部を通過した光を集光するレンズと、前記
レンズにより集光された光が結合する位置に入射部を有
する光ファイバーとを備えており、前記発光素子用ベー
スと前記第1のホルダー、及び前記第1のホルダーと前
記第2のホルダーは、前記発光素子から出射された光の
前記光ファイバーの入射部における結合効率が最大にな
る状態でそれぞれ固定されている構成とするものであ
る。
解決手段は、光半導体モジュールを、発光素子と、底部
と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記底部の表
面において前記発光素子を保持し、前記壁部に前記発光
素子から出射された光が通過する開口部が形成され、前
記壁部における前記発光素子と反対側に平滑面を有する
発光素子用ベースと、前記壁部の平滑面と摺接可能な端
面を有する筒状の第1のホルダーと、前記第1のホルダ
ーの内部に軸方向へ摺動可能に挿入された筒状の第2の
ホルダーと、前記第2のホルダーの内部に保持されてお
り、前記開口部を通過した光を集光するレンズと、前記
レンズにより集光された光が結合する位置に入射部を有
する光ファイバーとを備えており、前記発光素子用ベー
スと前記第1のホルダー、及び前記第1のホルダーと前
記第2のホルダーは、前記発光素子から出射された光の
前記光ファイバーの入射部における結合効率が最大にな
る状態でそれぞれ固定されている構成とするものであ
る。
【0032】請求項2の発明は、請求項1の構成に、前
記発光素子用ベースの底部の裏面は、電子クーラーと広
い面積で接するよう平坦に形成されているという構成を
付加するものである。
記発光素子用ベースの底部の裏面は、電子クーラーと広
い面積で接するよう平坦に形成されているという構成を
付加するものである。
【0033】請求項3の発明は、請求項1の構成に、前
記第1のホルダーの内面と前記第2のホルダーの外面と
の隙間は約10μmであるという構成を付加するもので
ある。
記第1のホルダーの内面と前記第2のホルダーの外面と
の隙間は約10μmであるという構成を付加するもので
ある。
【0034】請求項4の発明は、請求項1の構成に、内
部において前記光ファイバーの端部を保持している筒状
の光ファイバーホルダーと、前記発光素子から出射され
る光の光軸に対して垂直に設けられ、前記発光素子から
出射された光が通過する開口部を有し、前記光ファイバ
ーホルダーが固定さた光ファイバー用ベースとをさらに
備え、前記光ファイバー用ベースは前記発光素子用ベー
スに固定されているという構成を付加するものである。
部において前記光ファイバーの端部を保持している筒状
の光ファイバーホルダーと、前記発光素子から出射され
る光の光軸に対して垂直に設けられ、前記発光素子から
出射された光が通過する開口部を有し、前記光ファイバ
ーホルダーが固定さた光ファイバー用ベースとをさらに
備え、前記光ファイバー用ベースは前記発光素子用ベー
スに固定されているという構成を付加するものである。
【0035】請求項5の発明は、請求項4の構成に、前
記光ファイバー用ベースは、光アイソレータが載置可能
な底部と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記光
ファイバーベースの開口部は該光ファイバー用ベースの
壁部に形成されており、前記光ファイバー用ベースの底
部の裏面は、電子クーラーと広い面積で接するよう平坦
に形成されているという構成を付加するものである。
記光ファイバー用ベースは、光アイソレータが載置可能
な底部と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記光
ファイバーベースの開口部は該光ファイバー用ベースの
壁部に形成されており、前記光ファイバー用ベースの底
部の裏面は、電子クーラーと広い面積で接するよう平坦
に形成されているという構成を付加するものである。
【0036】請求項6の発明が講じた解決手段は、光半
導体モジュールを、発光素子と、底部と該底部に対して
垂直な壁部とからなり、前記底部の表面において前記発
光素子を保持し、前記壁部に前記発光素子から出射され
た光が通過する開口部が形成され、前記壁部における前
記発光素子と反対側に平滑面を有する発光素子用ベース
と、前記開口部を通過した光を集光するレンズと、内部
において前記レンズを保持し且つ前記開口部に挿入され
ている筒状部と、該筒状部の外面から突出するように設
けられ前記壁部の平滑面と摺接可能な平滑面を有する顎
部とからなるレンズホルダーと、前記レンズにより集光
された光が結合する位置に入射部を有する光ファイバー
とを備えており、前記発光素子用ベースと前記レンズホ
ルダーとは、前記発光素子から出射された光の前記光フ
ァイバーの入射部における結合効率が最大になる状態で
固定されている構成とするものである。
導体モジュールを、発光素子と、底部と該底部に対して
垂直な壁部とからなり、前記底部の表面において前記発
光素子を保持し、前記壁部に前記発光素子から出射され
た光が通過する開口部が形成され、前記壁部における前
記発光素子と反対側に平滑面を有する発光素子用ベース
と、前記開口部を通過した光を集光するレンズと、内部
において前記レンズを保持し且つ前記開口部に挿入され
ている筒状部と、該筒状部の外面から突出するように設
けられ前記壁部の平滑面と摺接可能な平滑面を有する顎
部とからなるレンズホルダーと、前記レンズにより集光
された光が結合する位置に入射部を有する光ファイバー
とを備えており、前記発光素子用ベースと前記レンズホ
ルダーとは、前記発光素子から出射された光の前記光フ
ァイバーの入射部における結合効率が最大になる状態で
固定されている構成とするものである。
【0037】請求項7の発明は、請求項6の構成に、前
記発光素子用ベースの底部の裏面は、電子クーラーと広
い面積で接するよう平坦に形成されているという構成を
付加するものである。
記発光素子用ベースの底部の裏面は、電子クーラーと広
い面積で接するよう平坦に形成されているという構成を
付加するものである。
【0038】請求項8の発明は、請求項6の構成に、内
部において前記光ファイバーを保持している筒状の光フ
ァイバーホルダーと、前記発光素子から出射される光の
光軸に対して垂直に設けられ、前記発光素子から出射さ
れた光が通過する開口部を有し、前記光ファイバーホル
ダーが固定さた光ファイバー用ベースとをさらに備え、
前記光ファイバー用ベースは前記発光素子用ベースに固
定されているという構成を付加するものである。
部において前記光ファイバーを保持している筒状の光フ
ァイバーホルダーと、前記発光素子から出射される光の
光軸に対して垂直に設けられ、前記発光素子から出射さ
れた光が通過する開口部を有し、前記光ファイバーホル
ダーが固定さた光ファイバー用ベースとをさらに備え、
前記光ファイバー用ベースは前記発光素子用ベースに固
定されているという構成を付加するものである。
【0039】請求項9の発明は、請求項8の構成に、前
記光ファイバー用ベースは、光アイソレータが載置可能
な底部と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記光
ファイバーベースの開口部は該光ファイバー用ベースの
壁部に形成されており、前記光ファイバー用ベースの底
部の裏面は、電子クーラーと広い面積で接するよう平坦
に形成されているという構成を付加するものである。
記光ファイバー用ベースは、光アイソレータが載置可能
な底部と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記光
ファイバーベースの開口部は該光ファイバー用ベースの
壁部に形成されており、前記光ファイバー用ベースの底
部の裏面は、電子クーラーと広い面積で接するよう平坦
に形成されているという構成を付加するものである。
【0040】本発明に係る光半導体モジュールの製造方
法は、レンズの位置ずれの状態において光ファイバーの
位置を再調整して結合効率を最大にすると、良品の範囲
が広がることを見出だし、該知見に基づいてなされたも
のである。従来は、レンズ位置決定後に光ファイバーの
位置を調整し、この状態で発光素子とレンズと光ファイ
バーとを固定していたが、本発明は、レンズ位置を精密
に決定した後発光素子とレンズを固定し、その後、光フ
ァイバーの最適位置を探し、この状態で光ファイバーを
レンズに固定するというものである。
法は、レンズの位置ずれの状態において光ファイバーの
位置を再調整して結合効率を最大にすると、良品の範囲
が広がることを見出だし、該知見に基づいてなされたも
のである。従来は、レンズ位置決定後に光ファイバーの
位置を調整し、この状態で発光素子とレンズと光ファイ
バーとを固定していたが、本発明は、レンズ位置を精密
に決定した後発光素子とレンズを固定し、その後、光フ
ァイバーの最適位置を探し、この状態で光ファイバーを
レンズに固定するというものである。
【0041】図1は、レンズの位置ずれ量と結合効率と
の関係を示している。この場合、良品範囲はX,Y方向
で±15μm程度、Z方向で±30μm程度である(以
下、この良品範囲を「改善されたの良品範囲」と称す
る)。もちろん、これらの値は、異なるレンズや光ファ
イバーを使うと変わってくる。一般的にNA(開口数)
の大きなレンズを使えば使うほど良品範囲は狭くなる。
近時の傾向として、より高い結合効率を得るため、NA
が0.5以上のレンズを使うことが常識化してきてい
る。このため本来の良品範囲は徐々に狭くなっていくも
のと思われる。
の関係を示している。この場合、良品範囲はX,Y方向
で±15μm程度、Z方向で±30μm程度である(以
下、この良品範囲を「改善されたの良品範囲」と称す
る)。もちろん、これらの値は、異なるレンズや光ファ
イバーを使うと変わってくる。一般的にNA(開口数)
の大きなレンズを使えば使うほど良品範囲は狭くなる。
近時の傾向として、より高い結合効率を得るため、NA
が0.5以上のレンズを使うことが常識化してきてい
る。このため本来の良品範囲は徐々に狭くなっていくも
のと思われる。
【0042】ところが、本発明の解決原理である、「レ
ンズ位置を精密に決定した後に、発光素子とレンズとを
固定し、その後、光ファイバーの最適位置を探し、この
状態で光ファイバーをレンズに固定する」という手法に
よると、改善された良品範囲は本来の良品範囲と比べ
て、X,Y方向で50倍、Z方向で10倍に広がるとい
う結果は不変である。
ンズ位置を精密に決定した後に、発光素子とレンズとを
固定し、その後、光ファイバーの最適位置を探し、この
状態で光ファイバーをレンズに固定する」という手法に
よると、改善された良品範囲は本来の良品範囲と比べ
て、X,Y方向で50倍、Z方向で10倍に広がるとい
う結果は不変である。
【0043】具体的に請求項10の発明が講じた解決手
段は、光半導体モジュールの製造方法を、レンズホルダ
ーに保持されたレンズに対して最大の光結合効率が得ら
れる状態で、調芯用光ファイバーを保持した調芯用光フ
ァイバーホルダーを前記レンズホルダーに仮に固定し
て、前記レンズホルダーと前記調芯用光ファイバーホル
ダーとからなる複合部品を得る第1の工程と、前記レン
ズが、ベースに保持された発光素子の出射部と対向する
ように前記複合部品を配置する第2の工程と、前記発光
素子から光を出射させると共に出射された光を前記調芯
用光ファイバーの入射部に導き、前記調芯用光ファイバ
ーに入射する光の光量が最大になるように前記複合部品
を前記発光素子に対して3次元的に移動する第3の工程
と、前記調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大
になる状態で前記レンズホルダーを前記ベースに固定す
る第4の工程と、前記調芯用光ファイバーホルダーを前
記レンズホルダーから取り外す第5の工程と、前記発光
素子から光を出射させると共に出射された光を実装用光
ファイバーホルダーに保持された実装用光ファイバーの
入射部に導き、前記実装用光ファイバーに入射する光の
光量が最大になるように前記実装用光ファイバーホルダ
ーを前記発光素子に対して3次元的に移動する第6の工
程と、前記実装用光ファイバーに入射する光の光量が最
大になる状態で前記実装用光ファイバーホルダーを前記
レンズホルダーに固定する第7の工程とを備えている構
成とするものである。
段は、光半導体モジュールの製造方法を、レンズホルダ
ーに保持されたレンズに対して最大の光結合効率が得ら
れる状態で、調芯用光ファイバーを保持した調芯用光フ
ァイバーホルダーを前記レンズホルダーに仮に固定し
て、前記レンズホルダーと前記調芯用光ファイバーホル
ダーとからなる複合部品を得る第1の工程と、前記レン
ズが、ベースに保持された発光素子の出射部と対向する
ように前記複合部品を配置する第2の工程と、前記発光
素子から光を出射させると共に出射された光を前記調芯
用光ファイバーの入射部に導き、前記調芯用光ファイバ
ーに入射する光の光量が最大になるように前記複合部品
を前記発光素子に対して3次元的に移動する第3の工程
と、前記調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大
になる状態で前記レンズホルダーを前記ベースに固定す
る第4の工程と、前記調芯用光ファイバーホルダーを前
記レンズホルダーから取り外す第5の工程と、前記発光
素子から光を出射させると共に出射された光を実装用光
ファイバーホルダーに保持された実装用光ファイバーの
入射部に導き、前記実装用光ファイバーに入射する光の
光量が最大になるように前記実装用光ファイバーホルダ
ーを前記発光素子に対して3次元的に移動する第6の工
程と、前記実装用光ファイバーに入射する光の光量が最
大になる状態で前記実装用光ファイバーホルダーを前記
レンズホルダーに固定する第7の工程とを備えている構
成とするものである。
【0044】請求項11の発明は、請求項10の構成
に、前記調芯用光ファイバーのコア径は、前記実装用光
ファイバーのコア径以下であるという構成を付加するも
のである。
に、前記調芯用光ファイバーのコア径は、前記実装用光
ファイバーのコア径以下であるという構成を付加するも
のである。
【0045】請求項12の発明は、請求項10の構成
に、前記第2工程におけるベースは、該ベースに保持さ
れた発光素子から出射される光の光軸と垂直な壁部を有
しており、前記第4の工程は、前記レンズホルダーを前
記ベースの壁部に固定する工程を含むという構成を付加
するものである。
に、前記第2工程におけるベースは、該ベースに保持さ
れた発光素子から出射される光の光軸と垂直な壁部を有
しており、前記第4の工程は、前記レンズホルダーを前
記ベースの壁部に固定する工程を含むという構成を付加
するものである。
【0046】請求項13の発明が講じた解決手段は、光
半導体モジュールを、レンズホルダーに保持されたレン
ズに対して最大の光結合効率が得られる状態で、調芯用
光ファイバーを保持した調芯用光ファイバーホルダーを
前記レンズホルダーに仮に固定して、前記レンズホルダ
ーと前記調芯用光ファイバーホルダーとからなる複合部
品を得る第1の工程と、発光素子を該発光素子から出射
される光の光軸と垂直な壁部を有するベースに保持し、
前記レンズが前記ベースに保持された発光素子の出射部
と対向し且つ前記レンズホルダーが前記壁部に接するよ
うに前記複合部品を配置する第2の工程と、前記発光素
子から光を出射させると共に出射された光を前記調芯用
光ファイバーの入射部に導き、前記調芯用光ファイバー
に入射する光の光量が最大になるように前記複合部品を
前記発光素子から出射された光の光軸と垂直な面内で2
次元的に移動する第3の工程と、前記調芯用光ファイバ
ーに入射する光の光量が最大になる状態で前記レンズホ
ルダーを前記ベースに固定する第4の工程と、前記調芯
用光ファイバーホルダーを前記レンズホルダーから取り
外す第5の工程と、前記発光素子から光を出射させると
共に出射された光を実装用光ファイバーホルダーに保持
された実装用光ファイバーの入射部に導き、前記実装用
光ファイバーに入射する光の光量が最大になるように前
記実装用光ファイバーホルダーを前記発光素子に対して
3次元的に移動する第6の工程と、前記実装用光ファイ
バーの入射部が前記レンズの焦点に位置する状態で前記
実装用光ファイバーホルダーを前記レンズホルダーに固
定する第7の工程とを備えている構成とするものであ
る。
半導体モジュールを、レンズホルダーに保持されたレン
ズに対して最大の光結合効率が得られる状態で、調芯用
光ファイバーを保持した調芯用光ファイバーホルダーを
前記レンズホルダーに仮に固定して、前記レンズホルダ
ーと前記調芯用光ファイバーホルダーとからなる複合部
品を得る第1の工程と、発光素子を該発光素子から出射
される光の光軸と垂直な壁部を有するベースに保持し、
前記レンズが前記ベースに保持された発光素子の出射部
と対向し且つ前記レンズホルダーが前記壁部に接するよ
うに前記複合部品を配置する第2の工程と、前記発光素
子から光を出射させると共に出射された光を前記調芯用
光ファイバーの入射部に導き、前記調芯用光ファイバー
に入射する光の光量が最大になるように前記複合部品を
前記発光素子から出射された光の光軸と垂直な面内で2
次元的に移動する第3の工程と、前記調芯用光ファイバ
ーに入射する光の光量が最大になる状態で前記レンズホ
ルダーを前記ベースに固定する第4の工程と、前記調芯
用光ファイバーホルダーを前記レンズホルダーから取り
外す第5の工程と、前記発光素子から光を出射させると
共に出射された光を実装用光ファイバーホルダーに保持
された実装用光ファイバーの入射部に導き、前記実装用
光ファイバーに入射する光の光量が最大になるように前
記実装用光ファイバーホルダーを前記発光素子に対して
3次元的に移動する第6の工程と、前記実装用光ファイ
バーの入射部が前記レンズの焦点に位置する状態で前記
実装用光ファイバーホルダーを前記レンズホルダーに固
定する第7の工程とを備えている構成とするものであ
る。
【0047】請求項14の発明は、請求項13の構成
に、前記調芯用光ファイバーのコア径は、前記実装用光
ファイバーのコア径以下であるという構成を付加するも
のである。
に、前記調芯用光ファイバーのコア径は、前記実装用光
ファイバーのコア径以下であるという構成を付加するも
のである。
【0048】
【作用】請求項1の構成により、第1のホルダーの端面
は発光素子用ベースの壁部の平滑面と摺接可能であるた
め、第2のホルダーひいてはレンズを保持している第1
のホルダーの端面を発光素子用ベースの壁部の平滑面と
摺接させることにより、レンズを発光素子から出射され
た光の光軸に対して垂直な面内で2次元に移動させるこ
とができる。また、レンズを保持している第2のホルダ
ーは第1のホルダーの内部に軸方向へ摺動可能に挿入さ
れているため、第1のホルダーと第2のホルダーとを軸
方向に相対的に移動させることにより、レンズを発光素
子から出射された光の光軸の方向に移動させることがで
きる。これらにより、レンズを発光素子に対して3次元
に移動させることができる。
は発光素子用ベースの壁部の平滑面と摺接可能であるた
め、第2のホルダーひいてはレンズを保持している第1
のホルダーの端面を発光素子用ベースの壁部の平滑面と
摺接させることにより、レンズを発光素子から出射され
た光の光軸に対して垂直な面内で2次元に移動させるこ
とができる。また、レンズを保持している第2のホルダ
ーは第1のホルダーの内部に軸方向へ摺動可能に挿入さ
れているため、第1のホルダーと第2のホルダーとを軸
方向に相対的に移動させることにより、レンズを発光素
子から出射された光の光軸の方向に移動させることがで
きる。これらにより、レンズを発光素子に対して3次元
に移動させることができる。
【0049】請求項2又は7の構成により、発光素子用
ベースの底部の裏面は、電子クーラーと広い面積で接す
るよう平坦に形成されているため、発光素子用ベースと
電子クーラーとの間で良好な熱交換が行なわれる。
ベースの底部の裏面は、電子クーラーと広い面積で接す
るよう平坦に形成されているため、発光素子用ベースと
電子クーラーとの間で良好な熱交換が行なわれる。
【0050】請求項3の構成により、第1のホルダーの
内面と第2のホルダーの外面との隙間は約10μmであ
るため、第1のホルダーと第2のホルダーとの軸方向の
相対移動がスムーズにできると共に、第1のホルダーと
第2のホルダーとを溶接やハンダにより固定した際の両
者の軸心がずれる事態を最小限に抑制できる。
内面と第2のホルダーの外面との隙間は約10μmであ
るため、第1のホルダーと第2のホルダーとの軸方向の
相対移動がスムーズにできると共に、第1のホルダーと
第2のホルダーとを溶接やハンダにより固定した際の両
者の軸心がずれる事態を最小限に抑制できる。
【0051】請求項4又は8の構成により、光ファイバ
ーを保持している光ファイバーホルダーが光ファイバー
用ベースに固定されているため、発光素子、レンズ及び
光ファイバーが一体化されている。
ーを保持している光ファイバーホルダーが光ファイバー
用ベースに固定されているため、発光素子、レンズ及び
光ファイバーが一体化されている。
【0052】請求項5又は9の構成により、光ファイバ
ー用ベースは、光アイソレータが載置可能で且つ裏面が
電子クーラーと広い面積で接するよう平坦に形成された
底部を有しているため、該底部と電子クーラーとの間で
良好な熱交換が行なわれる。
ー用ベースは、光アイソレータが載置可能で且つ裏面が
電子クーラーと広い面積で接するよう平坦に形成された
底部を有しているため、該底部と電子クーラーとの間で
良好な熱交換が行なわれる。
【0053】請求項6の構成により、レンズを保持して
いる筒状部の外面から突出する顎部の平滑面と、発光素
子を保持している発光素子用ベースの壁部の平滑面とを
摺接状態で相対移動させることにより、レンズを発光素
子から出射された光の光軸に対して垂直な面内で2次元
に移動させることができる。
いる筒状部の外面から突出する顎部の平滑面と、発光素
子を保持している発光素子用ベースの壁部の平滑面とを
摺接状態で相対移動させることにより、レンズを発光素
子から出射された光の光軸に対して垂直な面内で2次元
に移動させることができる。
【0054】請求項10の構成により、発光素子から出
射され調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大に
なるように複合部品を発光素子に対して3次元的に移動
し、この状態で、レンズを保持したレンズホルダーを発
光素子を保持したベースに固定すると、溶接やハンダ付
けによって発光素子とレンズとの間に光軸のずれが生じ
るが、発光素子から出射され実装用光ファイバーに入射
する光の光量が最大になるように実装用光ファイバーを
保持した実装用光ファイバーホルダーを発光素子に対し
て3次元的に移動するので、発光素子とレンズとの間の
光軸のずれは補正される。この状態で実装用光ファイバ
ーホルダーをレンズホルダーに固定すると、レンズと実
装用光ファイバーとの間に若干の光軸のずれが生じる
が、この光軸のずれは最高の結合効率の1割程度の劣化
に抑えられる。
射され調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大に
なるように複合部品を発光素子に対して3次元的に移動
し、この状態で、レンズを保持したレンズホルダーを発
光素子を保持したベースに固定すると、溶接やハンダ付
けによって発光素子とレンズとの間に光軸のずれが生じ
るが、発光素子から出射され実装用光ファイバーに入射
する光の光量が最大になるように実装用光ファイバーを
保持した実装用光ファイバーホルダーを発光素子に対し
て3次元的に移動するので、発光素子とレンズとの間の
光軸のずれは補正される。この状態で実装用光ファイバ
ーホルダーをレンズホルダーに固定すると、レンズと実
装用光ファイバーとの間に若干の光軸のずれが生じる
が、この光軸のずれは最高の結合効率の1割程度の劣化
に抑えられる。
【0055】また、複合部品は、レンズホルダーに保持
されたレンズに対して最大の光結合効率が得られ状態
で、調芯用光ファイバーを保持している調芯用光ファイ
バーホルダーをレンズホルダーに仮に固定することによ
り得られるため、複合部品を移動すると、レンズと調芯
用光ファイバーとが同時に移動するので、第3工程にお
いては、レンズつまりレンズホルダーを3方向に移動す
るだけで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最
大になる状態が得られる。
されたレンズに対して最大の光結合効率が得られ状態
で、調芯用光ファイバーを保持している調芯用光ファイ
バーホルダーをレンズホルダーに仮に固定することによ
り得られるため、複合部品を移動すると、レンズと調芯
用光ファイバーとが同時に移動するので、第3工程にお
いては、レンズつまりレンズホルダーを3方向に移動す
るだけで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最
大になる状態が得られる。
【0056】請求項11又は14の構成により、調芯用
光ファイバーのコア径は実装用光ファイバーのコア径以
下であるため、実装用光ファイバーに要求される結合効
率以上の精度を持ってレンズを発光素子に対して固定す
ることができる。
光ファイバーのコア径は実装用光ファイバーのコア径以
下であるため、実装用光ファイバーに要求される結合効
率以上の精度を持ってレンズを発光素子に対して固定す
ることができる。
【0057】請求項12の構成により、発光素子を保持
するベースが発光素子から出射された光の光軸と垂直な
壁部を有しているため、レンズホルダーをベースの壁部
に固定することにより、レンズホルダーをベースに容易
に固定することができる。
するベースが発光素子から出射された光の光軸と垂直な
壁部を有しているため、レンズホルダーをベースの壁部
に固定することにより、レンズホルダーをベースに容易
に固定することができる。
【0058】請求項13の構成により、発光素子から出
射され調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大に
なるように複合部品を発光素子から出射された光の光軸
と垂直な面内で2次元的に移動し、この状態で、レンズ
を保持したレンズホルダーを発光素子を保持したベース
に固定すると、溶接やハンダ付けによって発光素子とレ
ンズとの間に光軸のずれが生じるが、発光素子から出射
され実装用光ファイバーに入射する光の光量が最大にな
るように実装用光ファイバーを保持した実装用光ファイ
バーホルダーを発光素子に対して3次元的に移動するの
で、発光素子とレンズとの間の光軸のずれは補正され
る。この状態で実装用光ファイバーホルダーをレンズホ
ルダーに固定すると、レンズと実装用光ファイバーとの
間に若干の光軸のずれが生じるが、この光軸のずれは最
高の結合効率の1割程度の劣化に抑えられる。
射され調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大に
なるように複合部品を発光素子から出射された光の光軸
と垂直な面内で2次元的に移動し、この状態で、レンズ
を保持したレンズホルダーを発光素子を保持したベース
に固定すると、溶接やハンダ付けによって発光素子とレ
ンズとの間に光軸のずれが生じるが、発光素子から出射
され実装用光ファイバーに入射する光の光量が最大にな
るように実装用光ファイバーを保持した実装用光ファイ
バーホルダーを発光素子に対して3次元的に移動するの
で、発光素子とレンズとの間の光軸のずれは補正され
る。この状態で実装用光ファイバーホルダーをレンズホ
ルダーに固定すると、レンズと実装用光ファイバーとの
間に若干の光軸のずれが生じるが、この光軸のずれは最
高の結合効率の1割程度の劣化に抑えられる。
【0059】また、複合部品は、レンズホルダーに保持
されたレンズに対して最大の光結合効率が得られ状態で
調芯用光ファイバーを保持している調芯用光ファイバー
ホルダーをレンズホルダーに仮に固定することにより得
られるため、複合部品を移動すると、レンズと調芯用光
ファイバーとが同時に移動するので、第3工程において
は、レンズつまりレンズホルダーを2方向に移動するだ
けで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大に
なる状態が得られる。
されたレンズに対して最大の光結合効率が得られ状態で
調芯用光ファイバーを保持している調芯用光ファイバー
ホルダーをレンズホルダーに仮に固定することにより得
られるため、複合部品を移動すると、レンズと調芯用光
ファイバーとが同時に移動するので、第3工程において
は、レンズつまりレンズホルダーを2方向に移動するだ
けで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大に
なる状態が得られる。
【0060】
【実施例】以下、本発明に係る第1の光半導体モジュー
ル及びその製造方法について図2及び図3を参照しなが
ら説明する。
ル及びその製造方法について図2及び図3を参照しなが
ら説明する。
【0061】図2及び図3において、101は半導体レ
ーザ素子、102はSiC製のサブマウント、103は
金メッキされた銅製のステムであり、半導体レーザ10
1はサブマウント102上に、サブマウント102はス
テム103上にそれぞれハンダにより固定されている。
104はステンレス製の第1のベースであって、該第1
のベース104の底面は平坦に形成されていると共に、
第1のベース104における少なくとも底面及びステム
103との接触面は金により覆われている。第1のベー
ス104はその上面から垂直に上方に延びる壁部105
を有し、該壁部105は半導体レーザ素子101が出射
するレーザ光を通すための開口部106を有している。
ーザ素子、102はSiC製のサブマウント、103は
金メッキされた銅製のステムであり、半導体レーザ10
1はサブマウント102上に、サブマウント102はス
テム103上にそれぞれハンダにより固定されている。
104はステンレス製の第1のベースであって、該第1
のベース104の底面は平坦に形成されていると共に、
第1のベース104における少なくとも底面及びステム
103との接触面は金により覆われている。第1のベー
ス104はその上面から垂直に上方に延びる壁部105
を有し、該壁部105は半導体レーザ素子101が出射
するレーザ光を通すための開口部106を有している。
【0062】半導体レーザ素子101から出射されるレ
ーザ光の光軸が壁部105に対して垂直になるようにス
テム103の角度を調整した後、ステム103を第1の
ベース104に固定する。前記のように第1のベース1
04の底面が平坦であり且つ金で覆われているのは、第
1のベース104の底面がペルチエ素子等からなる電子
クーラーと広い面積で接触し、良好な熱交換が行なわれ
るようにするためである。
ーザ光の光軸が壁部105に対して垂直になるようにス
テム103の角度を調整した後、ステム103を第1の
ベース104に固定する。前記のように第1のベース1
04の底面が平坦であり且つ金で覆われているのは、第
1のベース104の底面がペルチエ素子等からなる電子
クーラーと広い面積で接触し、良好な熱交換が行なわれ
るようにするためである。
【0063】図2及び図3において、107は非球面レ
ンズであって、該非球面レンズ107は、半導体レーザ
素子101の発振波長に対して収差が最小になるように
設計されている。非球面レンズ107の代表的な値とし
ては、直径が約3mmであり、半導体レーザ素子側及び
光ファイバー側の開口数はそれぞれ約0.5及び約0.
1であり、半導体レーザ素子101側の焦点距離は約
1.3mmであり、光ファイバー側の焦点距離は約9m
mである。ここで、焦点距離とは非球面レンズ107の
端面からの距離であるとする。
ンズであって、該非球面レンズ107は、半導体レーザ
素子101の発振波長に対して収差が最小になるように
設計されている。非球面レンズ107の代表的な値とし
ては、直径が約3mmであり、半導体レーザ素子側及び
光ファイバー側の開口数はそれぞれ約0.5及び約0.
1であり、半導体レーザ素子101側の焦点距離は約
1.3mmであり、光ファイバー側の焦点距離は約9m
mである。ここで、焦点距離とは非球面レンズ107の
端面からの距離であるとする。
【0064】図2及び図3において、110は円筒状の
第1のホルダー、108は第1のホルダー110の内部
に挿入された第2のホルダーであって、非球面レンズ1
07は第2のホルダー108に精度良く嵌合されてい
る。この嵌合方法としては、第2のホルダー108を加
熱した状態で非球面レンズ107を第2のホルダー10
8に挿入し、両者の熱膨張係数の差を利用し、冷えたと
きに固定される方法、又は非球面レンズ107の成型時
に第2のホルダー108を予め金型に入れておく方法等
がある。これらの方法により、非球面レンズ107と第
2のホルダー108との位置関係及び両者の光軸は精度
良く合う。第2のホルダー108の外壁面109は円形
で滑らかである。このような円形の削り出し加工は精度
が出易いので厳しい公差の加工に向いている。もっと
も、第2のホルダー108の内外面に平面的な加工を施
し、角筒状に形成しても同等の精度が得られる。
第1のホルダー、108は第1のホルダー110の内部
に挿入された第2のホルダーであって、非球面レンズ1
07は第2のホルダー108に精度良く嵌合されてい
る。この嵌合方法としては、第2のホルダー108を加
熱した状態で非球面レンズ107を第2のホルダー10
8に挿入し、両者の熱膨張係数の差を利用し、冷えたと
きに固定される方法、又は非球面レンズ107の成型時
に第2のホルダー108を予め金型に入れておく方法等
がある。これらの方法により、非球面レンズ107と第
2のホルダー108との位置関係及び両者の光軸は精度
良く合う。第2のホルダー108の外壁面109は円形
で滑らかである。このような円形の削り出し加工は精度
が出易いので厳しい公差の加工に向いている。もっと
も、第2のホルダー108の内外面に平面的な加工を施
し、角筒状に形成しても同等の精度が得られる。
【0065】第1のホルダー110の内壁面111は第
1のホルダー108の外壁面109に合わせて滑らかな
円形に加工されている。第1のホルダー110の内壁面
111と第2のホルダー108の外壁面109との嵌合
寸法の余裕は通常±20μm程度であるが、精度をさら
に上げれば嵌合寸法の余裕を±10μm程度にすること
が可能である。これにより、第2のホルダー108は第
1のホルダー110に対して滑らかに摺動する。第2の
ホルダー108が角筒状の場合、第1のホルダー110
の内壁面111をワイヤー加工等により平面状に形成す
ると、同等の精度を得ることができる。第1のホルダー
110の端面112は、平滑に形成され、第1のベース
104の壁部105に接している。
1のホルダー108の外壁面109に合わせて滑らかな
円形に加工されている。第1のホルダー110の内壁面
111と第2のホルダー108の外壁面109との嵌合
寸法の余裕は通常±20μm程度であるが、精度をさら
に上げれば嵌合寸法の余裕を±10μm程度にすること
が可能である。これにより、第2のホルダー108は第
1のホルダー110に対して滑らかに摺動する。第2の
ホルダー108が角筒状の場合、第1のホルダー110
の内壁面111をワイヤー加工等により平面状に形成す
ると、同等の精度を得ることができる。第1のホルダー
110の端面112は、平滑に形成され、第1のベース
104の壁部105に接している。
【0066】図2において、113は実装用光ファイバ
ーのコア径と同じか又は小さいコア径を持つ調芯用光フ
ァイバーである。114はステンレス及びジルコニアの
二重構造からなり調芯用光ファイバー113を補強する
ための円筒状のフェルールである。該フェルール114
の外径は2.5mmであるので、該外径と同じ内径を持
つ支持用円筒115をフェルール114に嵌合すること
ができる。支持用円筒115は、例えばステンレスによ
りできており、径方向に若干の伸縮が可能である。伸縮
の方法としては、暖めて膨張させたり、又は円周の一部
を切り欠いておき外部からバネで押す等の方法がある。
これにより、フェルール114を支持用円筒115に差
し込むだけで、フェルール114は支持用円筒115に
保持され且つ両者の中心は精度良く合っている。
ーのコア径と同じか又は小さいコア径を持つ調芯用光フ
ァイバーである。114はステンレス及びジルコニアの
二重構造からなり調芯用光ファイバー113を補強する
ための円筒状のフェルールである。該フェルール114
の外径は2.5mmであるので、該外径と同じ内径を持
つ支持用円筒115をフェルール114に嵌合すること
ができる。支持用円筒115は、例えばステンレスによ
りできており、径方向に若干の伸縮が可能である。伸縮
の方法としては、暖めて膨張させたり、又は円周の一部
を切り欠いておき外部からバネで押す等の方法がある。
これにより、フェルール114を支持用円筒115に差
し込むだけで、フェルール114は支持用円筒115に
保持され且つ両者の中心は精度良く合っている。
【0067】フェルール114と同じ外径を持つ円筒状
のスペーサ116が支持用円筒115内に嵌め込まれて
いる。第2のホルダー108における図2の右側の端部
はフェルール114と同じ外径を持つように削られてお
り、フェルール114、スペーサ116及び第2のホル
ダー108は、互いの間に隙間ができないようにして支
持用円筒115に押し込まれている。この場合、調芯用
光ファイバー116が非球面レンズ107の焦点に精度
良く位置するよう、スペーサ116の長さは予め決めら
れている。寸法精度を上げるため、スペーサ116はジ
ルコニア等の加工精度が高いセラミックにより作ること
が望ましい。第2のホルダー108及びスペーサ116
は支持用円筒115に差し込まれるだけで保持されてい
る。
のスペーサ116が支持用円筒115内に嵌め込まれて
いる。第2のホルダー108における図2の右側の端部
はフェルール114と同じ外径を持つように削られてお
り、フェルール114、スペーサ116及び第2のホル
ダー108は、互いの間に隙間ができないようにして支
持用円筒115に押し込まれている。この場合、調芯用
光ファイバー116が非球面レンズ107の焦点に精度
良く位置するよう、スペーサ116の長さは予め決めら
れている。寸法精度を上げるため、スペーサ116はジ
ルコニア等の加工精度が高いセラミックにより作ること
が望ましい。第2のホルダー108及びスペーサ116
は支持用円筒115に差し込まれるだけで保持されてい
る。
【0068】図2及び図3に示すように、光軸方向にZ
軸、第1のベース104の上面と平行で光軸と直交する
方向にX軸、第1のベース104の上面と垂直な方向に
Y軸にとることにする。調芯工程はZ軸方向を鉛直方向
にとって行われる。
軸、第1のベース104の上面と平行で光軸と直交する
方向にX軸、第1のベース104の上面と垂直な方向に
Y軸にとることにする。調芯工程はZ軸方向を鉛直方向
にとって行われる。
【0069】以下、図2を参照しながら、調芯用光ファ
イバー113と非球面レンズ107と半導体レーザ素子
101との間の調芯及び固定の工程について説明する。
イバー113と非球面レンズ107と半導体レーザ素子
101との間の調芯及び固定の工程について説明する。
【0070】まず、第1のベース104を図示しない台
に固定した後、電流供給線117,118により半導体
レーザ素子101に電流を供給する。支持用円筒115
は調芯用の精密3軸ステージに取り付けられる。このと
き、第1のホルダー110は重力により第1のベース1
04の壁部105に接している。
に固定した後、電流供給線117,118により半導体
レーザ素子101に電流を供給する。支持用円筒115
は調芯用の精密3軸ステージに取り付けられる。このと
き、第1のホルダー110は重力により第1のベース1
04の壁部105に接している。
【0071】半導体レーザ素子101に一定の電流を流
してレーザ発振させながら、調芯用光ファイバー113
に入る光量が最大になるように精密3軸ステージにより
支持用円筒115をX,Y,Z方向に移動する。この
際、非球面レンズ107の調芯精度は精密3軸ステージ
の精度により決定されるが、±0.5μm程度の精度以
内に調芯できる。また、調芯用光ファイバー113のコ
ア径は、実装用光ファイバーのコア径と同じか又は小さ
いため、調芯用光ファイバー113の半導体レーザ素子
101に対する位置ずれは光量の変化として敏感に現れ
るので、精密な調芯が可能である。この調芯方法の特徴
は、半導体レーザ素子101と非球面レンズ107と調
芯用光ファイバー113とよりなる3体の位置合わせで
あるにも拘らず、あたかも2体間の位置合わせのように
X,Y,Z方向の1回の移動のみで調芯ができる点であ
る。これは、差し込み方式により調芯用光ファイバー1
13の入射部を予め非球面レンズ107の焦点に位置さ
せておくことができるからである。もし、差し込み方式
を採用しないならば、調芯用光ファイバー113も独立
して調芯しなければならないので、3軸×3軸=9軸の
調芯になり、膨大な時間が必要になる。
してレーザ発振させながら、調芯用光ファイバー113
に入る光量が最大になるように精密3軸ステージにより
支持用円筒115をX,Y,Z方向に移動する。この
際、非球面レンズ107の調芯精度は精密3軸ステージ
の精度により決定されるが、±0.5μm程度の精度以
内に調芯できる。また、調芯用光ファイバー113のコ
ア径は、実装用光ファイバーのコア径と同じか又は小さ
いため、調芯用光ファイバー113の半導体レーザ素子
101に対する位置ずれは光量の変化として敏感に現れ
るので、精密な調芯が可能である。この調芯方法の特徴
は、半導体レーザ素子101と非球面レンズ107と調
芯用光ファイバー113とよりなる3体の位置合わせで
あるにも拘らず、あたかも2体間の位置合わせのように
X,Y,Z方向の1回の移動のみで調芯ができる点であ
る。これは、差し込み方式により調芯用光ファイバー1
13の入射部を予め非球面レンズ107の焦点に位置さ
せておくことができるからである。もし、差し込み方式
を採用しないならば、調芯用光ファイバー113も独立
して調芯しなければならないので、3軸×3軸=9軸の
調芯になり、膨大な時間が必要になる。
【0072】前記の3体の調芯が行なわれた状態を維持
したまま、非球面レンズ107と調芯用光ファイバー1
13とを固定できるならば、最終的な実装用光ファイバ
ーへの結合効率として90%を越える値が得られる。し
かしながら、第1のホルダー110と第2のホルダー1
08とを部位119においてレーザ溶接すると、第2の
ホルダー108が第1のホルダー110に対して最大で
両者の間の間隙の分だけ傾斜してしまう。このため、第
1のホルダー110と第1のベース104の壁部105
との間に傾斜状の隙間ができる。この状態で第1のホル
ダー110と壁部105とを部位121においてレーザ
溶接する。このように、合わせ箇所の端面がほぼ接した
状態で側方からレーザ溶接する方法は、ずれが最も小さ
くなる方法である。しかしながら、溶融箇所の凝縮時の
体積変化の絶対量が異なるため、非球面レンズ107の
位置は調芯時に対して若干ずれる。このずれ量は、第1
のホルダー110と第2のホルダー108との間隙が大
きければ大きいほど大きくなってしまう。図1に基づき
説明したように、X,Y方向のずれ量は±15μm程度
に抑えなければならないので、前記の間隙は10μm程
度以内に抑えなければならない。
したまま、非球面レンズ107と調芯用光ファイバー1
13とを固定できるならば、最終的な実装用光ファイバ
ーへの結合効率として90%を越える値が得られる。し
かしながら、第1のホルダー110と第2のホルダー1
08とを部位119においてレーザ溶接すると、第2の
ホルダー108が第1のホルダー110に対して最大で
両者の間の間隙の分だけ傾斜してしまう。このため、第
1のホルダー110と第1のベース104の壁部105
との間に傾斜状の隙間ができる。この状態で第1のホル
ダー110と壁部105とを部位121においてレーザ
溶接する。このように、合わせ箇所の端面がほぼ接した
状態で側方からレーザ溶接する方法は、ずれが最も小さ
くなる方法である。しかしながら、溶融箇所の凝縮時の
体積変化の絶対量が異なるため、非球面レンズ107の
位置は調芯時に対して若干ずれる。このずれ量は、第1
のホルダー110と第2のホルダー108との間隙が大
きければ大きいほど大きくなってしまう。図1に基づき
説明したように、X,Y方向のずれ量は±15μm程度
に抑えなければならないので、前記の間隙は10μm程
度以内に抑えなければならない。
【0073】前述のようにして、非球面レンズ107を
半導体レーザ素子101に対して固定した後、支持用円
筒115を取り外す。
半導体レーザ素子101に対して固定した後、支持用円
筒115を取り外す。
【0074】以下、図3を参照しながら、実装用光ファ
イバー133と非球面レンズ107との調芯及び固定の
工程について説明する。
イバー133と非球面レンズ107との調芯及び固定の
工程について説明する。
【0075】図3において130はステンレスよりなる
第2のベースであって、該第2のベース130はレーザ
光が通過する開口部131を有している。第2のベース
130は第2のホルダー110を介して第1のベース1
04にレーザ溶接されている。第2のベース130の上
には光アイソレータ132が固定されている。第2のベ
ース130の底面は平坦であり且つ金により覆われてい
る。このため、第2のベース130の底面がペルチエ素
子等よりなる電子クーラーと広い面積においてハンダに
より固定され、良好な熱交換が行なわれ、これにより光
アイソレータ132は精密に温度制御される。
第2のベースであって、該第2のベース130はレーザ
光が通過する開口部131を有している。第2のベース
130は第2のホルダー110を介して第1のベース1
04にレーザ溶接されている。第2のベース130の上
には光アイソレータ132が固定されている。第2のベ
ース130の底面は平坦であり且つ金により覆われてい
る。このため、第2のベース130の底面がペルチエ素
子等よりなる電子クーラーと広い面積においてハンダに
より固定され、良好な熱交換が行なわれ、これにより光
アイソレータ132は精密に温度制御される。
【0076】図3において、134は実装用光ファイバ
ー133を補強するための円筒状のフェルールであっ
て、該フェルール134はステンレスとジルコニアとの
二重構造を有している。135は光ファイバーホルダー
であって、その内壁面136は滑らかな円形状に加工さ
れている。フェルール134と光ファイバーホルダー1
35との間の嵌め込み余裕は、通常±20μm程度であ
るが、精度を更に上げれば嵌め込み余裕を±10μm程
度にすることができる。これにより、フェルール134
は光ファイバーホルダー135に対して滑らかに摺動す
る。
ー133を補強するための円筒状のフェルールであっ
て、該フェルール134はステンレスとジルコニアとの
二重構造を有している。135は光ファイバーホルダー
であって、その内壁面136は滑らかな円形状に加工さ
れている。フェルール134と光ファイバーホルダー1
35との間の嵌め込み余裕は、通常±20μm程度であ
るが、精度を更に上げれば嵌め込み余裕を±10μm程
度にすることができる。これにより、フェルール134
は光ファイバーホルダー135に対して滑らかに摺動す
る。
【0077】調芯用光ファイバー113の場合と同様、
調芯はZ方向を鉛直方向にとって行われる。第1のベー
ス104は図示しない台に固定されており、電流供給線
117,118により半導体レーザ素子101に電流を
供給する。フェルール134は調芯用の精密3軸ステー
ジに取り付けられる。このとき、光ファイバーホルダー
135は重力により第2のベースの壁部137に接して
いる。
調芯はZ方向を鉛直方向にとって行われる。第1のベー
ス104は図示しない台に固定されており、電流供給線
117,118により半導体レーザ素子101に電流を
供給する。フェルール134は調芯用の精密3軸ステー
ジに取り付けられる。このとき、光ファイバーホルダー
135は重力により第2のベースの壁部137に接して
いる。
【0078】半導体レーザ素子101に一定の電流を流
してレーザ発振させながら、実装用光ファイバー133
に入る光量が最大になるように精密3軸ステージにより
フェルール134をX,Y,Z方向に移動する。この
際、非球面レンズ107の調芯精度は精密3軸ステージ
の精度により決定されるが、±0.5μm程度の精度以
内に調芯できる。前述したように、非球面レンズ107
は±10μm程度以内のずれ量を持つ。しかしながら、
この程度のずれ量の範囲ならば、前記のようにして実装
用光ファイバー134を調芯することによりずれ量を補
正することができ、その後のレーザ溶接により実装用光
ファイバー133の位置が調芯時に対してずれたとして
も、最高の結合効率の1割程度の劣化に抑えられる。具
体的には80%程度の高光結合効率が得られる。
してレーザ発振させながら、実装用光ファイバー133
に入る光量が最大になるように精密3軸ステージにより
フェルール134をX,Y,Z方向に移動する。この
際、非球面レンズ107の調芯精度は精密3軸ステージ
の精度により決定されるが、±0.5μm程度の精度以
内に調芯できる。前述したように、非球面レンズ107
は±10μm程度以内のずれ量を持つ。しかしながら、
この程度のずれ量の範囲ならば、前記のようにして実装
用光ファイバー134を調芯することによりずれ量を補
正することができ、その後のレーザ溶接により実装用光
ファイバー133の位置が調芯時に対してずれたとして
も、最高の結合効率の1割程度の劣化に抑えられる。具
体的には80%程度の高光結合効率が得られる。
【0079】この第1の光半導体モジュールは、パッケ
ージに組み込まれなくても、この状態で半導体レーザ素
子101に通電すれば、パルス駆動による光出力やスペ
クトル等の特性を測定することができ良品検査が可能で
ある。また、電子クーラーの上に仮留めすれば、直流電
流を印加したときの光出力やスペクトル等の特性、温度
サイクル試験における光結合効率の劣化量評価、及び寿
命試験等ができるので、パッケージ及び電子クーラーの
節約ができる。
ージに組み込まれなくても、この状態で半導体レーザ素
子101に通電すれば、パルス駆動による光出力やスペ
クトル等の特性を測定することができ良品検査が可能で
ある。また、電子クーラーの上に仮留めすれば、直流電
流を印加したときの光出力やスペクトル等の特性、温度
サイクル試験における光結合効率の劣化量評価、及び寿
命試験等ができるので、パッケージ及び電子クーラーの
節約ができる。
【0080】尚、第1の光半導体モジュールにおいて
は、実装用光ファイバー133及び光ファイバーホルダ
ー135は、第2のベース131に固定されていたが、
これに代えて、第1の光半導体モジュールが設置される
パッケージの外壁に取り付けられてもよい。
は、実装用光ファイバー133及び光ファイバーホルダ
ー135は、第2のベース131に固定されていたが、
これに代えて、第1の光半導体モジュールが設置される
パッケージの外壁に取り付けられてもよい。
【0081】また、図2に示す調芯が終わった直後に、
光出力やスペクトル等の特性を測定できるほか、アナロ
グやデジタルの信号を入力して動特性評価をすることも
できる。この場合、必要に応じて、フェルール114の
前又は実装用光ファイバー113の途中に光アイソレー
タを入れることができる。
光出力やスペクトル等の特性を測定できるほか、アナロ
グやデジタルの信号を入力して動特性評価をすることも
できる。この場合、必要に応じて、フェルール114の
前又は実装用光ファイバー113の途中に光アイソレー
タを入れることができる。
【0082】以下、本発明に係る第2の光半導体モジュ
ール及びその製造方法について図4及び図5を参照しな
がら説明する。
ール及びその製造方法について図4及び図5を参照しな
がら説明する。
【0083】図4(a)において、201は半導体レー
ザ素子、202はSiC製のサブマウント、203は金
メッキされた銅製のステムであり、半導体レーザ素子2
01はサブマウント202上に、サブマウント202は
ステム203上にそれぞれハンダにより固定されてい
る。204はステンレス製の第1のベースであって、該
第1のベース204における底面及びステム203との
接触面は金により覆われている。第1のベース204は
その上面から垂直に上方へ延びる壁部205を有し、該
壁部205は、非球面レンズ206を保持したレンズホ
ルダー207が挿通される開口部208を有している。
第1のベース204の底面は平坦で且つ金により覆われ
ている。このため、ペルチエ素子等からなる電子クーラ
ーと広い面積で接触し、良好な熱交換が行なわれる。
ザ素子、202はSiC製のサブマウント、203は金
メッキされた銅製のステムであり、半導体レーザ素子2
01はサブマウント202上に、サブマウント202は
ステム203上にそれぞれハンダにより固定されてい
る。204はステンレス製の第1のベースであって、該
第1のベース204における底面及びステム203との
接触面は金により覆われている。第1のベース204は
その上面から垂直に上方へ延びる壁部205を有し、該
壁部205は、非球面レンズ206を保持したレンズホ
ルダー207が挿通される開口部208を有している。
第1のベース204の底面は平坦で且つ金により覆われ
ている。このため、ペルチエ素子等からなる電子クーラ
ーと広い面積で接触し、良好な熱交換が行なわれる。
【0084】非球面レンズ206は、半導体レーザ素子
201の発振波長に対して収差が最小になるように設計
されている。非球面レンズ207の代表的な値として
は、直径が約1.9mmであり、半導体レーザ素子20
1側及び光ファイバー側の開口数はそれぞれ約0.6及
び約0.1であり、半導体レーザ素子201側の焦点距
離は約0.4mm、光ファイバー側の焦点距離は約7m
mである。ここで、焦点距離とはレンズの端面からの距
離であるとする。
201の発振波長に対して収差が最小になるように設計
されている。非球面レンズ207の代表的な値として
は、直径が約1.9mmであり、半導体レーザ素子20
1側及び光ファイバー側の開口数はそれぞれ約0.6及
び約0.1であり、半導体レーザ素子201側の焦点距
離は約0.4mm、光ファイバー側の焦点距離は約7m
mである。ここで、焦点距離とはレンズの端面からの距
離であるとする。
【0085】非球面レンズレンズ206は、円筒状のレ
ンズホルダー207から半導体レーザ素子201側に若
干突出した状態で精度良く嵌合されている。この嵌合方
法は、第1の光半導体モジュールと同様である。これに
より、非球面レンズ206とレンズホルダー207との
位置関係及び両者の光軸は精度良く合う。
ンズホルダー207から半導体レーザ素子201側に若
干突出した状態で精度良く嵌合されている。この嵌合方
法は、第1の光半導体モジュールと同様である。これに
より、非球面レンズ206とレンズホルダー207との
位置関係及び両者の光軸は精度良く合う。
【0086】レンズホルダー207は該レンズホルダー
207に十分な剛性を与える程度の厚さ(2mm程度以
上)を持つ顎部210を有しており、このため、レンズ
ホルダー207はその後の調芯やレーザ溶接によって撓
んだり又は曲がったりしない。壁部205の開口部20
8とレンズホルダー207の間にはX,Y方向に調芯す
るため0.5mm程度以上の隙間がある。顎部210の
広い滑らかな端面209は第1のベース204の壁部2
05と接している。
207に十分な剛性を与える程度の厚さ(2mm程度以
上)を持つ顎部210を有しており、このため、レンズ
ホルダー207はその後の調芯やレーザ溶接によって撓
んだり又は曲がったりしない。壁部205の開口部20
8とレンズホルダー207の間にはX,Y方向に調芯す
るため0.5mm程度以上の隙間がある。顎部210の
広い滑らかな端面209は第1のベース204の壁部2
05と接している。
【0087】前記のように非球面レンズ206の半導体
レーザ素子201側の焦点距離は約0.4mmである。
これは設計値であり、実際には加工精度の限界により若
干異なっている可能性がある。加工精度が悪いときに
は、焦点位置は非球面レンズ206の幾何的な光軸から
ずれていることも有り得る。そこで、同様の半導体レー
ザ素子と光ファイバーとを使って予備実験を行ない、実
際の焦点位置を求めることができる。このようにして求
めた焦点位置の座標を(X1,Y1,Z1)とする。
尚、原点は非球面レンズ206の端面211とする。
レーザ素子201側の焦点距離は約0.4mmである。
これは設計値であり、実際には加工精度の限界により若
干異なっている可能性がある。加工精度が悪いときに
は、焦点位置は非球面レンズ206の幾何的な光軸から
ずれていることも有り得る。そこで、同様の半導体レー
ザ素子と光ファイバーとを使って予備実験を行ない、実
際の焦点位置を求めることができる。このようにして求
めた焦点位置の座標を(X1,Y1,Z1)とする。
尚、原点は非球面レンズ206の端面211とする。
【0088】ところで、図1において明らかにしたよう
に、Z方向(光軸方向)の非球面レンズ206と半導体
レーザ素子201との位置合わせ精度は±30μm程度
に許される。これは機械的な位置合わせにより十分対応
可能な値である。従って、次に説明することが可能にな
る。
に、Z方向(光軸方向)の非球面レンズ206と半導体
レーザ素子201との位置合わせ精度は±30μm程度
に許される。これは機械的な位置合わせにより十分対応
可能な値である。従って、次に説明することが可能にな
る。
【0089】まず、レンズホルダー207を壁部205
の開口部208に差し込み、この状態を上方から顕微鏡
で観察し、テレビモニターに表示する。次に、真空コレ
ットにより、半導体レーザ素子201が固定されたステ
ム203を吸引して第1のベース204上に持ってい
く。テレビモニターにより、半導体レーザ素子201の
端面のZ座標がZ1に合うようにしてステム203をサ
ブマウント203にハンダにより固定する。この方法に
より±10μm程度の位置合わせ精度を確実に得ること
ができる。この際、同時に半導体レーザ素子201の端
面が光軸に対して垂直になるように角度調整もできる。
X,Y座標方向の調整に関しては、後のレンズ調芯工程
により行なうので、大まかでよい。
の開口部208に差し込み、この状態を上方から顕微鏡
で観察し、テレビモニターに表示する。次に、真空コレ
ットにより、半導体レーザ素子201が固定されたステ
ム203を吸引して第1のベース204上に持ってい
く。テレビモニターにより、半導体レーザ素子201の
端面のZ座標がZ1に合うようにしてステム203をサ
ブマウント203にハンダにより固定する。この方法に
より±10μm程度の位置合わせ精度を確実に得ること
ができる。この際、同時に半導体レーザ素子201の端
面が光軸に対して垂直になるように角度調整もできる。
X,Y座標方向の調整に関しては、後のレンズ調芯工程
により行なうので、大まかでよい。
【0090】図4(b)において、212は実装用光フ
ァイバーのコア径と同じか又は小さいコア径を持つ調芯
用光ファイバー、213はステンレス及びジルコニアの
二重構造からなり調芯用光ファイバー212を補強する
ための円筒状のフェルールである。該フェルール213
の外径は2.5mmであるので、該外径と同じ内径を持
つ支持用円筒214をフェルール213に嵌合すること
ができる。支持用円筒214は、例えばステンレスによ
りできており、径方向に若干の伸縮が可能である。伸縮
の方法としては、暖めて膨張させたり、又は円周の一部
を切り欠いておき外部からバネで押す等の方法がある。
これにより、フェルール213を支持用円筒214に差
し込むだけで、フェルール213は支持用円筒214に
保持され且つ両者の中心は精度良く合っている。
ァイバーのコア径と同じか又は小さいコア径を持つ調芯
用光ファイバー、213はステンレス及びジルコニアの
二重構造からなり調芯用光ファイバー212を補強する
ための円筒状のフェルールである。該フェルール213
の外径は2.5mmであるので、該外径と同じ内径を持
つ支持用円筒214をフェルール213に嵌合すること
ができる。支持用円筒214は、例えばステンレスによ
りできており、径方向に若干の伸縮が可能である。伸縮
の方法としては、暖めて膨張させたり、又は円周の一部
を切り欠いておき外部からバネで押す等の方法がある。
これにより、フェルール213を支持用円筒214に差
し込むだけで、フェルール213は支持用円筒214に
保持され且つ両者の中心は精度良く合っている。
【0091】フェルール213と同じ外径を持つ円筒状
のスペーサ215が支持用円筒214に嵌め込まれてい
る。レンズホルダー207における図4(b)の右側の
端部はフェルール213と同じ外径を持つように削られ
ており、フェルール213、スペーサ215及びレンズ
ホルダー207は、互いの間に隙間ができないようにし
て支持用円筒214に押し込まれている。この場合、調
芯用光ファイバー212が非球面レンズ206の焦点に
精度良く位置するよう、スペーサ215の長さは予め決
められている。寸法精度を上げるため、スペーサ215
はジルコニア等の加工精度が高いセラミックにより作る
ことが望ましい。レンズホルダー207及びスペーサ2
15は支持用円筒214に差し込まれるだけで保持され
ている。
のスペーサ215が支持用円筒214に嵌め込まれてい
る。レンズホルダー207における図4(b)の右側の
端部はフェルール213と同じ外径を持つように削られ
ており、フェルール213、スペーサ215及びレンズ
ホルダー207は、互いの間に隙間ができないようにし
て支持用円筒214に押し込まれている。この場合、調
芯用光ファイバー212が非球面レンズ206の焦点に
精度良く位置するよう、スペーサ215の長さは予め決
められている。寸法精度を上げるため、スペーサ215
はジルコニア等の加工精度が高いセラミックにより作る
ことが望ましい。レンズホルダー207及びスペーサ2
15は支持用円筒214に差し込まれるだけで保持され
ている。
【0092】図4(a),(b)に示すように、光軸方
向にZ軸、第1のベース204の上面と平行で光軸と直
交する方向にX軸、第1のベース204の上面と垂直な
方向にY軸をとることにする。この場合、調芯はZ軸方
向を鉛直方向にとって行なう必要はない。
向にZ軸、第1のベース204の上面と平行で光軸と直
交する方向にX軸、第1のベース204の上面と垂直な
方向にY軸をとることにする。この場合、調芯はZ軸方
向を鉛直方向にとって行なう必要はない。
【0093】以下、図4(b)を参照しながら、調芯用
光ファイバー212と非球面レンズ206と半導体レー
ザ素子201との調芯及び固定の工程について説明す
る。
光ファイバー212と非球面レンズ206と半導体レー
ザ素子201との調芯及び固定の工程について説明す
る。
【0094】まず、第1のベース204を図示しない台
に固定した後、電流供給源216,217により半導体
レーザ素子201に電流を供給する。支持用円筒214
は調芯用の精密3軸ステージに取り付けられる。
に固定した後、電流供給源216,217により半導体
レーザ素子201に電流を供給する。支持用円筒214
は調芯用の精密3軸ステージに取り付けられる。
【0095】半導体レーザ素子201に一定の電流を流
してレーザ発振させながら、調芯用光ファイバー212
に入る光量が最大になるよう、鍔部210を壁部205
に押し当てたまま精密3軸ステージにより支持用円筒2
14をX,Y方向に移動する。この際、非球面レンズ2
06の調芯精度は精密3軸ステージの精度により決定さ
れるが、±0.5μm程度の精度以内に調芯できる。ま
た、調芯用光ファイバー212のコア径は、実装用光フ
ァイバーのコア径と同じか又は小さいので、調芯用光フ
ァイバー212の半導体レーザ素子201に対する位置
ずれは光量の変化として敏感に現れるので、精密な調芯
が可能である。第1の光半導体モジュールと同様、半導
体レーザ素子201と非球面レンズ206と調芯用光フ
ァイバー212とよりなる3体の位置合わせにも拘ら
ず、あたかも2体間の位置合わせのようにX,Y,Z方
向の1回の移動のみで調芯ができる。
してレーザ発振させながら、調芯用光ファイバー212
に入る光量が最大になるよう、鍔部210を壁部205
に押し当てたまま精密3軸ステージにより支持用円筒2
14をX,Y方向に移動する。この際、非球面レンズ2
06の調芯精度は精密3軸ステージの精度により決定さ
れるが、±0.5μm程度の精度以内に調芯できる。ま
た、調芯用光ファイバー212のコア径は、実装用光フ
ァイバーのコア径と同じか又は小さいので、調芯用光フ
ァイバー212の半導体レーザ素子201に対する位置
ずれは光量の変化として敏感に現れるので、精密な調芯
が可能である。第1の光半導体モジュールと同様、半導
体レーザ素子201と非球面レンズ206と調芯用光フ
ァイバー212とよりなる3体の位置合わせにも拘ら
ず、あたかも2体間の位置合わせのようにX,Y,Z方
向の1回の移動のみで調芯ができる。
【0096】前記の3体の調芯が行なわれた状態を維持
したまま、非球面レンズ206と調芯用光ファイバー2
12とを固定できるならば、最終的な実装用光ファイバ
ーへの結合効率として90%を越える値が得られる。し
かしながら、レンズホルダー207と第1のベース20
4の壁部205とを部位218においてレーザ溶接する
と、溶融箇所の凝縮時の体積変化のため、非球面レンズ
206の位置が調芯時に対して若干ずれる。もっとも、
レンズホルダー207と第1のベース204の壁部20
5都の間には隙間がないため、前記のずれ量は、第1の
光半導体モジュールに比べて格段に小さい。
したまま、非球面レンズ206と調芯用光ファイバー2
12とを固定できるならば、最終的な実装用光ファイバ
ーへの結合効率として90%を越える値が得られる。し
かしながら、レンズホルダー207と第1のベース20
4の壁部205とを部位218においてレーザ溶接する
と、溶融箇所の凝縮時の体積変化のため、非球面レンズ
206の位置が調芯時に対して若干ずれる。もっとも、
レンズホルダー207と第1のベース204の壁部20
5都の間には隙間がないため、前記のずれ量は、第1の
光半導体モジュールに比べて格段に小さい。
【0097】前述したようにして、非球面レンズ206
を半導体レーザ素子201に対して固定した後、支持用
円筒214を取り外す。
を半導体レーザ素子201に対して固定した後、支持用
円筒214を取り外す。
【0098】以下、図5を参照しながら、実装用光ファ
イバー233と非球面レンズ206との調芯及び固定の
工程について説明する。
イバー233と非球面レンズ206との調芯及び固定の
工程について説明する。
【0099】図5において230はステンレスよりなる
第2のベースであって、該第2のベース230はレーザ
光が通過する開口部231を有している。第2のベース
230はレンズホルダー207の顎部210にレーザ溶
接されている。第2のベース230の内部には光アイソ
レータ232が固定されている。第2のベース230の
底面は平坦であり且つ金により覆われている。このた
め、第2のベース230の底面がペルチエ素子等よりな
る電子クーラーと広い面積においてハンダにより固定さ
れ、良好な熱交換が行なわれ、これにより光アイソレー
タ132は精密に温度制御される。
第2のベースであって、該第2のベース230はレーザ
光が通過する開口部231を有している。第2のベース
230はレンズホルダー207の顎部210にレーザ溶
接されている。第2のベース230の内部には光アイソ
レータ232が固定されている。第2のベース230の
底面は平坦であり且つ金により覆われている。このた
め、第2のベース230の底面がペルチエ素子等よりな
る電子クーラーと広い面積においてハンダにより固定さ
れ、良好な熱交換が行なわれ、これにより光アイソレー
タ132は精密に温度制御される。
【0100】図5において、234は実装用光ファイバ
ー233を補強するための円筒状のフェルールであっ
て、該フェルール234はステンレスとジルコニアとの
二重構造を有している。235は光ファイバーホルダー
であって、その内壁面236は滑らかな円形に加工され
ている。フェルール234と光ファイバーホルダー23
5との間の嵌め込み余裕は、通常±20μm程度である
が、精度を更に上げれば嵌め込み余裕を±10μm程度
にすることができる。これにより、フェルール234は
光ファイバーホルダー235に対して滑らかに摺動す
る。
ー233を補強するための円筒状のフェルールであっ
て、該フェルール234はステンレスとジルコニアとの
二重構造を有している。235は光ファイバーホルダー
であって、その内壁面236は滑らかな円形に加工され
ている。フェルール234と光ファイバーホルダー23
5との間の嵌め込み余裕は、通常±20μm程度である
が、精度を更に上げれば嵌め込み余裕を±10μm程度
にすることができる。これにより、フェルール234は
光ファイバーホルダー235に対して滑らかに摺動す
る。
【0101】調芯はZ方向を鉛直方向にとって行なわれ
る。第1のベース204は図示しない台に固定されてお
り、電流供給線216,217により半導体レーザ素子
201に電流を供給する。フェルール234は調芯用の
精密3軸ステージに取り付けられる。このとき、光ファ
イバーホルダー235は重力により第2のベース230
の端面237に接している。
る。第1のベース204は図示しない台に固定されてお
り、電流供給線216,217により半導体レーザ素子
201に電流を供給する。フェルール234は調芯用の
精密3軸ステージに取り付けられる。このとき、光ファ
イバーホルダー235は重力により第2のベース230
の端面237に接している。
【0102】半導体レーザ素子201に一定の電流を流
してレーザ発振させながら、実装用光ファイバー233
に入る光量が最大になるように精密3軸ステージにより
フェルール234をX,Y,Z方向に移動する。この
際、非球面レンズ206の調芯精度は精密3軸ステージ
の精度により決定されるが、±0.5μm程度の精度以
内に調芯できる。若干の位置ずれ量を持つ非球面レンズ
206に対して実装用光ファイバー233を調芯するこ
とにより、その後のレーザ溶接により実装用光ファイバ
ー233の位置が調芯時に対してずれたとしても、ほぼ
最高の結合効率が維持される。
してレーザ発振させながら、実装用光ファイバー233
に入る光量が最大になるように精密3軸ステージにより
フェルール234をX,Y,Z方向に移動する。この
際、非球面レンズ206の調芯精度は精密3軸ステージ
の精度により決定されるが、±0.5μm程度の精度以
内に調芯できる。若干の位置ずれ量を持つ非球面レンズ
206に対して実装用光ファイバー233を調芯するこ
とにより、その後のレーザ溶接により実装用光ファイバ
ー233の位置が調芯時に対してずれたとしても、ほぼ
最高の結合効率が維持される。
【0103】この第2の光半導体モジュールも、パッケ
ージに組み込まれなくても、この状態で半導体レーザ素
子201に通電すれば、パルス駆動による光出力やスペ
クトル等の特性を測定することができ良品検査が可能で
ある。また、電子クーラーの上に仮留めすれば、直流電
流を印加したときの光出力やスペクトル等の特性、温度
サイクル試験での光結合効率の劣化量評価、及び寿命試
験等ができるので、パッケージ及び電子クーラーの節約
ができる。
ージに組み込まれなくても、この状態で半導体レーザ素
子201に通電すれば、パルス駆動による光出力やスペ
クトル等の特性を測定することができ良品検査が可能で
ある。また、電子クーラーの上に仮留めすれば、直流電
流を印加したときの光出力やスペクトル等の特性、温度
サイクル試験での光結合効率の劣化量評価、及び寿命試
験等ができるので、パッケージ及び電子クーラーの節約
ができる。
【0104】尚、第2の光半導体モジュールにおいて
は、実装用光ファイバー233及び光ファイバーホルダ
ー235は、第2のベース230に固定されていたが、
これに代えて、該第1の光半導体モジュールが設置され
るパッケージの外壁に取り付けられてもよい。
は、実装用光ファイバー233及び光ファイバーホルダ
ー235は、第2のベース230に固定されていたが、
これに代えて、該第1の光半導体モジュールが設置され
るパッケージの外壁に取り付けられてもよい。
【0105】また、図4(b)に示す調芯が終った直後
に、光出力やスペクトル等の特性を測定できるほか、ア
ナログやデジタルの信号を入力して動特性を評価するこ
ともできる。この場合、必要に応じて、フェルール21
3の前又は調芯用光ファイバー212の途中に光アイソ
レータを入れることができる。
に、光出力やスペクトル等の特性を測定できるほか、ア
ナログやデジタルの信号を入力して動特性を評価するこ
ともできる。この場合、必要に応じて、フェルール21
3の前又は調芯用光ファイバー212の途中に光アイソ
レータを入れることができる。
【0106】さらに、前述した精密なレンズと光ファイ
バーとの調芯方法は、高速LED、高速受光素子等のよ
うに、光の入射面又は出射面が小さな光半導体素子に適
用できることは言うまでもない。
バーとの調芯方法は、高速LED、高速受光素子等のよ
うに、光の入射面又は出射面が小さな光半導体素子に適
用できることは言うまでもない。
【0107】
【発明の効果】請求項1の発明に係る光半導体モジュー
ルによると、第1のホルダーと第2のホルダーとを軸方
向に相対的に移動させることにより、レンズを発光素子
から出射された光の光軸の方向に移動させることがで
き、また、第1のホルダーの端面を発光素子用ベースの
壁部の平滑面と摺接させることにより、レンズを発光素
子から出射された光の光軸に対して垂直な面内で2次元
に移動させることができるため、レンズを発光素子に対
して3次元に移動させることができるので、発光素子か
ら出射した光の結合効率が最大になる位置にレンズを移
動させることが可能になる。また、発光素子用ベース、
第1のホルダー及び第2のホルダーは、発光素子から出
射された光の光ファイバーの入射部における結合効率が
最大になる状態で互いに固定されているため、発光素子
から出射された光のレンズに対する結合効率を向上させ
ることができる。
ルによると、第1のホルダーと第2のホルダーとを軸方
向に相対的に移動させることにより、レンズを発光素子
から出射された光の光軸の方向に移動させることがで
き、また、第1のホルダーの端面を発光素子用ベースの
壁部の平滑面と摺接させることにより、レンズを発光素
子から出射された光の光軸に対して垂直な面内で2次元
に移動させることができるため、レンズを発光素子に対
して3次元に移動させることができるので、発光素子か
ら出射した光の結合効率が最大になる位置にレンズを移
動させることが可能になる。また、発光素子用ベース、
第1のホルダー及び第2のホルダーは、発光素子から出
射された光の光ファイバーの入射部における結合効率が
最大になる状態で互いに固定されているため、発光素子
から出射された光のレンズに対する結合効率を向上させ
ることができる。
【0108】請求項2又は7の発明に係る光半導体モジ
ュールによると、発光素子用ベースと電子クーラーとの
間で良好な熱交換が行なわれるので、発光素子の良好な
放熱が得られると共に発光素子に対する温度制御を容易
に行なうことができる。
ュールによると、発光素子用ベースと電子クーラーとの
間で良好な熱交換が行なわれるので、発光素子の良好な
放熱が得られると共に発光素子に対する温度制御を容易
に行なうことができる。
【0109】請求項3の発明に係る光半導体モジュール
によると、第1のホルダーの内面と第2のホルダーの外
面との隙間は約10μmであるため、第1のホルダーと
第2のホルダーとの軸方向の相対移動がスムーズにでき
ると共に、第1のホルダーと第2のホルダーとを溶接や
ハンダにより固定した際の両者の軸心がずれる事態を最
小限に抑制できる。
によると、第1のホルダーの内面と第2のホルダーの外
面との隙間は約10μmであるため、第1のホルダーと
第2のホルダーとの軸方向の相対移動がスムーズにでき
ると共に、第1のホルダーと第2のホルダーとを溶接や
ハンダにより固定した際の両者の軸心がずれる事態を最
小限に抑制できる。
【0110】請求項4又は8の発明に係る光半導体モジ
ュールによると、発光素子、レンズ及び光ファイバーが
一体化されているので、光ファイバー用ベースを電子ク
ーラー等の温度調節手段に仮止めし、発光素子に通電す
るだけで、光半導体モジュールの特性評価、温度サイク
ル試験又は寿命試験等を行なうことができる。このた
め、従来では、発光素子、レンズ及び電子クーラーをパ
ッケージ内に収納し、ワイヤーボンディング及びキャッ
プ封止等の作業を行なった後でなければできなかった前
記の検査を前記の作業を経ることなく行なうことができ
る。
ュールによると、発光素子、レンズ及び光ファイバーが
一体化されているので、光ファイバー用ベースを電子ク
ーラー等の温度調節手段に仮止めし、発光素子に通電す
るだけで、光半導体モジュールの特性評価、温度サイク
ル試験又は寿命試験等を行なうことができる。このた
め、従来では、発光素子、レンズ及び電子クーラーをパ
ッケージ内に収納し、ワイヤーボンディング及びキャッ
プ封止等の作業を行なった後でなければできなかった前
記の検査を前記の作業を経ることなく行なうことができ
る。
【0111】請求項5又は9の発明に係る光半導体モジ
ュールによると、光ファイバー用ベースは、光アイソレ
ータが載置可能で且つ裏面が電子クーラーと広い面積で
接するよう平坦に形成された底部を有しているため、該
底部と電子クーラーとの間で良好な熱交換が行なわれる
ので、前記底部に載置される光アイソレータに対する精
密な温度制御を行なうことができる。
ュールによると、光ファイバー用ベースは、光アイソレ
ータが載置可能で且つ裏面が電子クーラーと広い面積で
接するよう平坦に形成された底部を有しているため、該
底部と電子クーラーとの間で良好な熱交換が行なわれる
ので、前記底部に載置される光アイソレータに対する精
密な温度制御を行なうことができる。
【0112】請求項6の発明に係る光半導体モジュール
によると、レンズを保持している筒状部の外面から突出
する顎部の平滑面と、発光素子を保持している発光素子
用ベースの壁部の平滑面とを摺接状態で相対移動させる
ことにより、レンズを発光素子から出射された光の光軸
に対して垂直な面内で2次元に移動させることができる
ため、発光素子から出射した光の結合効率が最大になる
位置にレンズを移動させることが可能になる。また、発
光素子用ベース、第1のホルダー及び第2のホルダー
は、発光素子から出射された光の光ファイバーの入射部
における結合効率が最大になる状態で互いに固定されて
いるため、発光素子から出射された光のレンズに対する
結合効率を向上させることができる。
によると、レンズを保持している筒状部の外面から突出
する顎部の平滑面と、発光素子を保持している発光素子
用ベースの壁部の平滑面とを摺接状態で相対移動させる
ことにより、レンズを発光素子から出射された光の光軸
に対して垂直な面内で2次元に移動させることができる
ため、発光素子から出射した光の結合効率が最大になる
位置にレンズを移動させることが可能になる。また、発
光素子用ベース、第1のホルダー及び第2のホルダー
は、発光素子から出射された光の光ファイバーの入射部
における結合効率が最大になる状態で互いに固定されて
いるため、発光素子から出射された光のレンズに対する
結合効率を向上させることができる。
【0113】請求項10の発明に係る光半導体モジュー
ルの製造方法によると、発光素子から出射され実装用光
ファイバーに入射する光の光量が最大になるように、実
装用光ファイバーを保持した実装用光ファイバーホルダ
ーを発光素子に対して3次元的に移動し、この状態で実
装用光ファイバーホルダーをレンズホルダーに固定する
ため、溶接やハンダ付けによって発光素子とレンズとの
間に生じる光軸のずれが補正されるので、光軸のずれは
最高の結合効率の1割程度の劣化に抑えられ、これによ
り高い結合効率が得られる。
ルの製造方法によると、発光素子から出射され実装用光
ファイバーに入射する光の光量が最大になるように、実
装用光ファイバーを保持した実装用光ファイバーホルダ
ーを発光素子に対して3次元的に移動し、この状態で実
装用光ファイバーホルダーをレンズホルダーに固定する
ため、溶接やハンダ付けによって発光素子とレンズとの
間に生じる光軸のずれが補正されるので、光軸のずれは
最高の結合効率の1割程度の劣化に抑えられ、これによ
り高い結合効率が得られる。
【0114】また、複合部品を移動すると、レンズと調
芯用光ファイバーとが同時に移動するため、第3工程に
おいては、レンズつまりレンズホルダーを3方向に移動
するだけで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が
最大になる状態が得られるので、レンズの移動に合わせ
て調芯用光ファイバーを移動する手間が省け、レンズを
3方向に移動すると共に調芯用光ファイバーを3方向に
移動する作業が不要になり、調芯工程に要する時間を大
幅に短縮できる。
芯用光ファイバーとが同時に移動するため、第3工程に
おいては、レンズつまりレンズホルダーを3方向に移動
するだけで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が
最大になる状態が得られるので、レンズの移動に合わせ
て調芯用光ファイバーを移動する手間が省け、レンズを
3方向に移動すると共に調芯用光ファイバーを3方向に
移動する作業が不要になり、調芯工程に要する時間を大
幅に短縮できる。
【0115】さらに、発光素子から出射され調芯用光フ
ァイバーに入射する光の光量が最大になる状態でレンズ
ホルダーをベースに固定する前に、発光素子の光出力や
スペクトル等の特性、又は信号伝達特性などの評価試験
を行なえば、後に発光素子の特性評価試験を行なう手間
が省けると共に、発光素子が不良と判明したときには、
レンズの固定を取り止めることができるので、部品の節
約になる。
ァイバーに入射する光の光量が最大になる状態でレンズ
ホルダーをベースに固定する前に、発光素子の光出力や
スペクトル等の特性、又は信号伝達特性などの評価試験
を行なえば、後に発光素子の特性評価試験を行なう手間
が省けると共に、発光素子が不良と判明したときには、
レンズの固定を取り止めることができるので、部品の節
約になる。
【0116】請求項11又は14の発明に係る光半導体
モジュールの製造方法によると、調芯用光ファイバーの
コア径は実装用光ファイバーのコア径以下であるため、
実装用光ファイバーに要求される結合効率以上の精度を
持ってレンズを発光素子に対して固定できるので、実装
用光ファイバーに対する結合効率がより向上する。
モジュールの製造方法によると、調芯用光ファイバーの
コア径は実装用光ファイバーのコア径以下であるため、
実装用光ファイバーに要求される結合効率以上の精度を
持ってレンズを発光素子に対して固定できるので、実装
用光ファイバーに対する結合効率がより向上する。
【0117】請求項12の発明に係る光半導体モジュー
ルの製造方法によると、発光素子を保持するベースが発
光素子から出射された光の光軸と垂直な壁部を有してい
るため、レンズホルダーをベースの壁部に固定すること
により、レンズホルダーをベースに容易に固定すること
ができる。
ルの製造方法によると、発光素子を保持するベースが発
光素子から出射された光の光軸と垂直な壁部を有してい
るため、レンズホルダーをベースの壁部に固定すること
により、レンズホルダーをベースに容易に固定すること
ができる。
【0118】請求項13の発明に係る光モジュールの製
造方法によると、請求項10の発明と同様、発光素子か
ら出射され実装用光ファイバーに入射する光の光量が最
大になるように実装用光ファイバーを保持した実装用光
ファイバーホルダーを発光素子に対して3次元的に移動
し、この状態で実装用光ファイバーホルダーをレンズホ
ルダーに固定するため、溶接やハンダ付けによって発光
素子とレンズとの間に生じる光軸のずれが補正されるの
で、高い結合効率が得られる。
造方法によると、請求項10の発明と同様、発光素子か
ら出射され実装用光ファイバーに入射する光の光量が最
大になるように実装用光ファイバーを保持した実装用光
ファイバーホルダーを発光素子に対して3次元的に移動
し、この状態で実装用光ファイバーホルダーをレンズホ
ルダーに固定するため、溶接やハンダ付けによって発光
素子とレンズとの間に生じる光軸のずれが補正されるの
で、高い結合効率が得られる。
【0119】また、複合部品を移動すると、レンズと調
芯用光ファイバーとが同時に移動するため、第3工程に
おいては、レンズつまりレンズホルダーを2方向に移動
するだけで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が
最大になる状態が得られるので、レンズの移動に合わせ
て調芯用光ファイバーを移動する手間が省け、レンズを
2方向に移動すると共に調芯用光ファイバーを2方向に
移動する作業が不要になり、調芯工程に要する時間を大
幅に短縮できる。
芯用光ファイバーとが同時に移動するため、第3工程に
おいては、レンズつまりレンズホルダーを2方向に移動
するだけで、調芯用光ファイバーに入射する光の光量が
最大になる状態が得られるので、レンズの移動に合わせ
て調芯用光ファイバーを移動する手間が省け、レンズを
2方向に移動すると共に調芯用光ファイバーを2方向に
移動する作業が不要になり、調芯工程に要する時間を大
幅に短縮できる。
【0120】さらに、請求項10の発明と同様に、発光
素子から出射され調芯用光ファイバーに入射する光の光
量が最大になる状態でレンズホルダーをベースに固定す
る前に、発光素子の光出力やスペクトル等の特性又は信
号伝達特性などの評価試験を行なうことができる。
素子から出射され調芯用光ファイバーに入射する光の光
量が最大になる状態でレンズホルダーをベースに固定す
る前に、発光素子の光出力やスペクトル等の特性又は信
号伝達特性などの評価試験を行なうことができる。
【図1】レンズの位置ずれによる光結合効率の劣化を光
ファイバーの位置の再調整で回復させたときの、光結合
効率の変化を示す特性図である。
ファイバーの位置の再調整で回復させたときの、光結合
効率の変化を示す特性図である。
【図2】本発明に係る第1の光半導体モジュールの製造
方法を示す断面図である。
方法を示す断面図である。
【図3】本発明に係る第1の光半導体モジュールの構成
及びその製造方法を示す断面図である。
及びその製造方法を示す断面図である。
【図4】本発明に係る第2の光半導体モジュールの製造
方法を示す断面図である。
方法を示す断面図である。
【図5】本発明に係る第2の光半導体モジュールの構成
及びその製造方法を示す断面図である。
及びその製造方法を示す断面図である。
【図6】従来の第1の半導体モジュールを示し、(a)
は側方断面図であり、(b)は(a)におけるVI−VI線
の断面図である。
は側方断面図であり、(b)は(a)におけるVI−VI線
の断面図である。
【図7】従来の第2の半導体モジュールを示す側方断面
図である。
図である。
【図8】従来の第3の半導体モジュールを示す側方断面
図である。
図である。
【図9】従来の半導体モジュールの問題点を説明するた
めの概略構成図である。
めの概略構成図である。
101 半導体レーザ素子 102 サブマウント 103 ステム 104 第1のベース 105 壁部 106 開口部 107 非球面レンズ 108 第2のホルダー 109 第2のホルダーの外壁面 110 第1のホルダー 111 第1のホルダーの内壁面 112 第1のホルダーの端面 113 調芯用光ファイバー 114 フェルール 115 支持用円筒 116 スペーサ 117,118 電流供給線 130 第2のベース 131 開口部 132 光アイソレータ 133 実装用光ファイバー 134 フェルール 135 光ファイバーホルダー 136 光ファイバーホルダーの内壁面 137 第2のベースの壁部 201 半導体レーザ素子 202 サブマウント 203 ステム 204 第1のベース 205 第1のベースの壁 206 非球面レンズ 207 レンズホルダー 208 開口部 209 レンズホルダーの顎部の端面 210 レンズホルダーの鍔部 211 非球面レンズの端面(座標原点) 212 調芯用光ファイバー 213 フェルール 214 支持用円筒 215 スペーサ 216,217 電流供給線 230 第2のベース 231 開口部 232 光アイソレータ 233 実装用光ファイバー 234 フェルール 235 光ファイバーホルダー 236 光ファイバーホルダーの内壁面 237 第2のベースの端面
Claims (14)
- 【請求項1】 発光素子と、 底部と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記底部
の表面において前記発光素子を保持し、前記壁部に前記
発光素子から出射された光が通過する開口部が形成さ
れ、前記壁部における前記発光素子と反対側に平滑面を
有する発光素子用ベースと、 前記壁部の平滑面と摺接可能な端面を有する筒状の第1
のホルダーと、 前記第1のホルダーの内部に軸方向へ摺動可能に挿入さ
れた筒状の第2のホルダーと、 前記第2のホルダーの内部に保持されており、前記開口
部を通過した光を集光するレンズと、 前記レンズにより集光された光が結合する位置に入射部
を有する光ファイバーとを備えており、 前記発光素子用ベースと前記第1のホルダー、及び前記
第1のホルダーと前記第2のホルダーは、前記発光素子
から出射された光の前記光ファイバーの入射部における
結合効率が最大になる状態でそれぞれ固定されているこ
とを特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項2】 前記発光素子用ベースの底部の裏面は、
電子クーラーと広い面積で接するよう平坦に形成されて
いることを特徴とする請求項1に記載の光半導体モジュ
ール。 - 【請求項3】 前記第1のホルダーの内面と前記第2の
ホルダーの外面との隙間は約10μmであることを特徴
とする請求項1に記載の光半導体モジュール。 - 【請求項4】 内部において前記光ファイバーの端部を
保持している筒状の光ファイバーホルダーと、 前記発光素子から出射される光の光軸に対して垂直に設
けられ、前記発光素子から出射された光が通過する開口
部を有し、前記光ファイバーホルダーが固定さた光ファ
イバー用ベースとをさらに備え、 前記光ファイバー用ベースは前記発光素子用ベースに固
定されていることを特徴とする請求項1に記載の光半導
体モジュール。 - 【請求項5】 前記光ファイバー用ベースは、光アイソ
レータが載置可能な底部と該底部に対して垂直な壁部と
からなり、 前記光ファイバー用ベースの開口部は該光ファイバー用
ベースの壁部に形成されており、 前記光ファイバー用ベースの底部の裏面は、電子クーラ
ーと広い面積で接するよう平坦に形成されていることを
特徴とする請求項4に記載の光半導体モジュール。 - 【請求項6】 発光素子と、 底部と該底部に対して垂直な壁部とからなり、前記底部
の表面において前記発光素子を保持し、前記壁部に前記
発光素子から出射された光が通過する開口部が形成さ
れ、前記壁部における前記発光素子と反対側に平滑面を
有する発光素子用ベースと、 前記開口部を通過した光を集光するレンズと、 内部において前記レンズを保持し且つ前記開口部に挿入
されている筒状部と、該筒状部の外面から突出するよう
に設けられ前記壁部の平滑面と摺接可能な平滑面を有す
る顎部とからなるレンズホルダーと、 前記レンズにより集光された光が結合する位置に入射部
を有する光ファイバーとを備えており、 前記発光素子用ベースと前記レンズホルダーとは、前記
発光素子から出射された光の前記光ファイバーの入射部
における結合効率が最大になる状態で固定されているこ
とを特徴とする光半導体モジュール。 - 【請求項7】 前記発光素子用ベースの底部の裏面は、
電子クーラーと広い面積で接するよう平坦に形成されて
いることを特徴とする請求項6に記載の光半導体モジュ
ール。 - 【請求項8】 内部において前記光ファイバーを保持し
ている筒状の光ファイバーホルダーと、 前記発光素子から出射される光の光軸に対して垂直に設
けられ、前記発光素子から出射された光が通過する開口
部を有し、前記光ファイバーホルダーが固定さた光ファ
イバー用ベースとをさらに備え、 前記光ファイバー用ベースは前記発光素子用ベースに固
定されていることを特徴とする請求項6に記載の光半導
体モジュール。 - 【請求項9】 前記光ファイバー用ベースは、光アイソ
レータが載置可能な底部と該底部に対して垂直な壁部と
からなり、 前記光ファイバー用ベースの開口部は該光ファイバー用
ベースの壁部に形成されており、 前記光ファイバー用ベースの底部の裏面は、電子クーラ
ーと広い面積で接するよう平坦に形成されていることを
特徴とする請求項8に記載の光半導体モジュール。 - 【請求項10】 レンズホルダーに保持されたレンズに
対して最大の光結合効率が得られる状態で、調芯用光フ
ァイバーを保持した調芯用光ファイバーホルダーを前記
レンズホルダーに仮に固定して、前記レンズホルダーと
前記調芯用光ファイバーホルダーとからなる複合部品を
得る第1の工程と、 前記レンズが、ベースに保持された発光素子の出射部と
対向するように前記複合部品を配置する第2の工程と、 前記発光素子から光を出射させると共に出射された光を
前記調芯用光ファイバーの入射部に導き、前記調芯用光
ファイバーに入射する光の光量が最大になるように前記
複合部品を前記発光素子に対して3次元的に移動する第
3の工程と、 前記調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大にな
る状態で前記レンズホルダーを前記ベースに固定する第
4の工程と、 前記調芯用光ファイバーホルダーを前記レンズホルダー
から取り外す第5の工程と、 前記発光素子から光を出射させると共に出射された光を
実装用光ファイバーホルダーに保持された実装用光ファ
イバーの入射部に導き、前記実装用光ファイバーに入射
する光の光量が最大になるように前記実装用光ファイバ
ーホルダーを前記発光素子に対して3次元的に移動する
第6の工程と、 前記実装用光ファイバーに入射する光の光量が最大にな
る状態で前記実装用光ファイバーホルダーを前記レンズ
ホルダーに固定する第7の工程とを備えていることを特
徴とする光半導体モジュールの製造方法。 - 【請求項11】 前記調芯用光ファイバーのコア径は、
前記実装用光ファイバーのコア径以下であることを特徴
とする請求項10に記載の光半導体モジュールの製造方
法。 - 【請求項12】 前記第2工程におけるベースは、該ベ
ースに保持された発光素子から出射される光の光軸と垂
直な壁部を有しており、 前記第4の工程は、前記レンズホルダーを前記ベースの
壁部に固定する工程を含むことを特徴とする請求項10
に記載の光半導体モジュールの製造方法。 - 【請求項13】 レンズホルダーに保持されたレンズに
対して最大の光結合効率が得られる状態で、調芯用光フ
ァイバーを保持した調芯用光ファイバーホルダーを前記
レンズホルダーに仮に固定して、前記レンズホルダーと
前記調芯用光ファイバーホルダーとからなる複合部品を
得る第1の工程と、 発光素子を該発光素子から出射される光の光軸と垂直な
壁部を有するベースに保持し、前記レンズが前記ベース
に保持された発光素子の出射部と対向し且つ前記レンズ
ホルダーが前記壁部に接するように前記複合部品を配置
する第2の工程と、 前記発光素子から光を出射させると共に出射された光を
前記調芯用光ファイバーの入射部に導き、前記調芯用光
ファイバーに入射する光の光量が最大になるように前記
複合部品を前記発光素子から出射された光の光軸と垂直
な面内で2次元的に移動する第3の工程と、 前記調芯用光ファイバーに入射する光の光量が最大にな
る状態で前記レンズホルダーを前記ベースに固定する第
4の工程と、 前記調芯用光ファイバーホルダーを前記レンズホルダー
から取り外す第5の工程と、 前記発光素子から光を出射させると共に出射された光を
実装用光ファイバーホルダーに保持された実装用光ファ
イバーの入射部に導き、前記実装用光ファイバーに入射
する光の光量が最大になるように前記実装用光ファイバ
ーホルダーを前記発光素子に対して3次元的に移動する
第6の工程と、 前記実装用光ファイバーの入射部が前記レンズの焦点に
位置する状態で前記実装用光ファイバーホルダーを前記
レンズホルダーに固定する第7の工程とを備えているこ
とを特徴とする光半導体モジュールの製造方法。 - 【請求項14】 前記調芯用光ファイバーのコア径は、
前記実装用光ファイバーのコア径以下であることを特徴
とする請求項13に記載の光半導体モジュールの製造方
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7008286A JP2804238B2 (ja) | 1994-02-22 | 1995-01-23 | 光半導体モジュールの製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6-23936 | 1994-02-22 | ||
JP2393694 | 1994-02-22 | ||
JP7008286A JP2804238B2 (ja) | 1994-02-22 | 1995-01-23 | 光半導体モジュールの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07287149A true JPH07287149A (ja) | 1995-10-31 |
JP2804238B2 JP2804238B2 (ja) | 1998-09-24 |
Family
ID=26342773
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7008286A Expired - Fee Related JP2804238B2 (ja) | 1994-02-22 | 1995-01-23 | 光半導体モジュールの製造方法 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2804238B2 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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US6678047B1 (en) | 1999-07-09 | 2004-01-13 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method and apparatus for aligning optical axes of optical components |
JP2007187774A (ja) * | 2006-01-12 | 2007-07-26 | Shinka Jitsugyo Kk | マルチモード用光モジュールの製造方法 |
JP2011075826A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fdk Corp | 反射型光デバイス |
CN116338366A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-06-27 | 中久光电产业有限公司 | 半导体激光器vbg耦合过程检测设备 |
Citations (5)
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JPS6440808U (ja) * | 1987-09-04 | 1989-03-10 | ||
JPH01111209U (ja) * | 1988-01-21 | 1989-07-26 | ||
JPH01310319A (ja) * | 1988-06-08 | 1989-12-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 光学素子モジュールの製造方法 |
JPH05313048A (ja) * | 1992-05-14 | 1993-11-26 | Nec Corp | 光半導体モジュール |
JP3010557U (ja) * | 1994-10-25 | 1995-05-02 | アイテック株式会社 | ツーポイント眼鏡のレンズ止着機構 |
-
1995
- 1995-01-23 JP JP7008286A patent/JP2804238B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN116338366A (zh) * | 2023-05-29 | 2023-06-27 | 中久光电产业有限公司 | 半导体激光器vbg耦合过程检测设备 |
CN116338366B (zh) * | 2023-05-29 | 2023-09-29 | 中久光电产业有限公司 | 半导体激光器vbg耦合过程检测设备 |
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---|---|
JP2804238B2 (ja) | 1998-09-24 |
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