JP3646692B2

JP3646692B2 - 光半導体素子モジュール

Info

Publication number: JP3646692B2
Application number: JP2001355857A
Authority: JP
Inventors: 聖之中野; 晋一高木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2001-11-21
Publication date: 2005-05-11
Anticipated expiration: 2021-11-21
Also published as: JP2002223025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光半導体素子と、光半導体素子から発光される光を集光する、もしくは光半導体素子へ光を集光するレンズとを有した光半導体素子モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２（ａ）は従来の光半導体素子モジュールの一例を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線断面正面図であり、図２（ｃ）は温度印加時の発光素子とレンズ中心との光軸のずれを示す図２（ｂ）のＣ部拡大図である。
図において、１はレーザダイオードのような発光素子、２は発光素子１を保持するサブマウント、３はサブマウント２を保持するマウント、４はマウント３を保持するパッケージ、５は発光素子１の光を集光するレンズ、６はレンズ５を保持しマウント３と接合してあるレンズホルダ、７はマウント３とレンズホルダ６を接合しているＹＡＧレーザ溶接Ａ、８はレンズ５で集光した光と光学的に結合する光ファイバ、９は光ファイバ８を収容するフェルール、１０はフェルール９を収容しパッケージ４と接合してあるファイバホルダであり、発光素子１はサブマウント２にＡｕ−Ｓｎ半田により接合されており、サブマウント２はマウント３にＡｕ−Ｓｎ半田により接合されている。また、マウント３はパッケージ４に半田接合されている。また、マウント３はパッケージ４へ搭載するための底面から発光素子１の搭載面方向に向けて、上方に２本のポストが突出して設けられている。レンズ５は熱かしめでレンズホルダ６に保持されており、レンズホルダ６は光軸調整によって発光素子１とレンズ５の中心が合わせてあり、マウント３下面からレンズ５の中心までの高さと同じ高さの２点で、レンズホルダ６がマウント３のそれぞれのポストとＹＡＧレーザ溶接Ａにて接合されている。また、光ファイバ８はフェルール９に収容され固着されており、フェルール９はファイバホルダ１０に収容され保持されている。また、ファイバホルダ１０はパッケージ４と接合されている。
【０００３】
次に動作について説明する。発光素子１にパッケージ４を介して外部から電気信号を与えることにより、発光素子１で電気信号を光信号に変換し、その光をレンズ５で集光し光ファイバ８と光学的に結合させ、光ファイバ８を通して外部に光信号を伝える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光半導体素子モジュールは以上のように構成されており、マウント３とレンズホルダ６は光軸調整して発光素子１とレンズ５の中心を合わせ、マウント３下面からレンズ５中心までの高さと同じ高さの２点をＹＡＧレーザ溶接箇所Ａ７にて接合されているが、発光素子１の線膨張係数α１、サブマウント２の線膨張係数α２に比較してマウント３の線膨張係数α３が大きいため、ＹＡＧ溶接時と異なる温度を与えたときや温度を可変させたときのような、温度印加時の発光素子１とレンズ５の移動量が異なり、図２（ｃ）のように発光素子１とレンズ５の中心ずれが起こり、光出力が温度依存性をもつという課題があった。特に、ペルチェ素子等の光半導体素子を冷却する手段を有さない光半導体素子モジュールでは、この光出力の温度依存性が顕著であった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、発光素子とレンズの中心ずれを小さくし、光出力が温度依存性をもたない光半導体素子モジュールを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明による光半導体素子モジュールは、光半導体素子と、光半導体素子を載置する基板と、基板をその上面部に載置するマウントと、光半導体素子から出力される光を集光するレンズと、レンズを保持しマウントの正面部に対してレーザ溶接により接合されるレンズホルダとを備える光半導体素子モジュールにおいて、マウントとレンズホルダとの接合は、光半導体素子とレンズの中心が合うように光軸調整を行うと共に、マウントとのレンズホルダ側における溶接位置を、レンズの中心高さから、光半導体素子を載置する上下いずれかの方向へずらし、かつ左右対称な少なくとも２点で行い、マウントとレンズホルダとのレーザ溶接位置が、光半導体素子、基板、およびマウントそれぞれの線膨張係数と厚みとの積の和と、マウントにおける下面からレンズホルダとの溶接位置までの高さ、およびレンズホルダ側における溶接位置からレンズ中心までの高さとそれぞれの線膨張係数との積の和について、２つの和が略等しくなるように設定されるようにしたものである。
【０００７】
他の発明による光半導体素子モジュールは、光半導体素子と、光半導体素子を載置する基板と、基板をその上面部に載置するマウントと、光半導体素子に入射する光を集光するレンズと、レンズを保持しマウントの正面部に対してレーザ溶接により接合されるレンズホルダとを備える光半導体素子モジュールにおいて、マウントとレンズホルダとの接合は、光半導体素子とレンズの中心が合うように光軸調整され、マウントとのレンズホルダ側における溶接位置を、レンズの中心高さから、光半導体素子を載置する上下いずれかの方向へずらし、かつ左右対称な少なくとも２点で行い、マウントとレンズホルダとのレーザ溶接位置が、光半導体素子、基板、およびマウントそれぞれの線膨張係数と厚みとの積の和と、マウントにおける下面からレンズホルダとの溶接位置までの高さ、およびレンズホルダ側における溶接位置からレンズ中心までの高さとそれぞれの線膨張係数との積の和について、２つの和が略等しくなるように設定されるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は発明の実施の形態１を示す図であり、図１（ａ）は断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ´線断面正面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＣ部拡大図である。図において、１〜６、８〜１０は従来の光半導体素子モジュールと同様の構成になっている。１３はマウント３とレンズホルダ６を接合するＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂであり、マウント３下面からＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂ１３の位置までの距離をL1、ＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂ１３の位置からレンズ５中心までの距離をL2、マウント３の線膨張係数をα３、レンズホルダ６の線膨張係数をα６とすると、L1×α３とL２×α６との和が、マウント３、サブマウント２を介した発光素子１の移動量と同じになる様にすることにより、線膨張係数の不整合から起こる発光素子１とレンズ５の中心ずれを小さくすることができる。
【００１１】
例えば、発光素子１の材質をＩｎＰとしその線膨張係数α１を４．５×１０^-6、サブマウント２の材質をＡＬＮとしその線膨張係数α２を４．５×１０^-6／℃、マウント３の材質をＦｅとしその線膨張係数α３を１３．９×１０^-6／℃、レンズホルダ６の材質をＳＵＳ４３０Ｆとしその線膨張係数α６を１０×１０^-6／℃として、またマウント３の厚さＴ３を１ｍｍ、サブマウント２の厚さＴ２を０．３ｍｍ、発光素子１の厚さＴ１を０．１ｍｍとすれば、温度変化ΔＴが６０℃の場合、発光素子１の移動量は“数１”より０．９４２μｍである。
【００１２】
【数１】

【００１３】
また、マウント３とレンズホルダ６を接合するＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂ１１の位置をマウント３下面からレンズ５中心までの３０％の位置にすることにより、マウント３下面からＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂ１１までの距離Ｌ１が０．４２ｍｍ、ＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂ１１からレンズ５中心までの距離Ｌ２が０．９８ｍｍとなる。この時、レンズ５中心の移動量は“数２”より０．９３８μｍとなり、発光素子１とレンズ５の中心ずれを小さくすることができる。
【００１４】
【数２】

【００１５】
このように、マウントとレンズホルダを接合するＹＡＧレーザ溶接の位置をマウント下面からＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂの位置までの距離L１×マウントの線膨張係数α３とＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂの位置からレンズ中心までの距離L２×レンズホルダの線膨張係数α６との和が、“数３”のように、マウント、サブマウントを介した発光素子の移動量と同じになる様な位置にシフトすることにより、温度印加時にも発光素子とレンズの中心ずれを小さくすることができ、光出力が温度依存性をもたない光半導体素子モジュールを提供することが可能となる。このシフトさせる方向は、各部材の線膨張係数や厚み、長さによって決まるものであって、レンズの中心高さから発光素子の搭載面より上方向もしくは下方向のいずれかになるが、この実施の形態に示した上述の組合わせ例では、下方向にずらした構成とするのが好ましい。
【００１６】
【数３】

【００１７】
なお、この実施の形態１では、光半導体素子として、発光した光をレンズ５で集光し光ファイバ８の一端面に結合する発光素子１を用いた例について示したが、これとは異なる構成例として、フォトダイオードのような受光素子を用いても良い。この場合は、光ファイバ８を通じて伝送され、光ファイバの一端面から出射された光がレンズ５で集光され、この集光された光を受光素子で受光するように構成される。
また、レンズホルダ６はマウント３に設けられた２本のポストの根本側周辺で固定されるため、各部材の線膨張係数や厚み、長さによっては、この２本のポストを設けないような構成を用いても良い。
【００１８】
【発明の効果】
以上により、この発明によれば、温度変化による発光素子とレンズの中心ずれを小さくすることができ、光出力が温度依存性の少ない光半導体素子モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による光半導体素子モジュールを示す図である。
【図２】従来の光半導体素子モジュールを示す図である。
【符号の説明】
１発光素子
２サブマウント
３マウント
４パッケージ
５レンズ
６レンズホルダ
７ＹＡＧレーザ溶接箇所Ａ
８光ファイバ
９フェルール
１０ファイバホルダ
１１レンズ中心位置
１２発光素子位置
１３ＹＡＧレーザ溶接箇所Ｂ

Claims

光半導体素子と、上記光半導体素子を載置する基板と、上記基板をその上面部に載置するマウントと、上記光半導体素子から出力される光を集光するレンズと、上記レンズを保持し上記マウントの正面部に対してレーザ溶接により接合されるレンズホルダとを備える光半導体素子モジュールにおいて、
上記マウントと上記レンズホルダとの接合は、上記光半導体素子と上記レンズの中心が合うように光軸調整を行うと共に、
上記マウントとの上記レンズホルダ側における溶接位置を、上記レンズの中心高さから、上記光半導体素子を載置する上下いずれかの方向へずらし、かつ左右対称な少なくとも２点で行い、上記マウントと上記レンズホルダとのレーザ溶接位置が、上記光半導体素子、基板、および上記マウントそれぞれの線膨張係数と厚みとの積の和と、上記マウントにおける下面から上記レンズホルダとの溶接位置までの高さ、および上記レンズホルダ側における当該溶接位置からレンズ中心までの高さとそれぞれの線膨張係数との積の和について、当該２つの和が略等しくなるように設定されたことを特徴とする光半導体素子モジュール。
光半導体素子と、上記光半導体素子を載置する基板と、上記基板をその上面部に載置するマウントと、入射光を上記光半導体素子へ集光するレンズと、上記レンズを保持し上記マウントの正面部に対してレーザ溶接により接合されるレンズホルダとを備える光半導体素子モジュールにおいて、
上記マウントと上記レンズホルダとの接合は、上記光半導体素子と上記レンズの中心が合うように光軸調整を行うと共に、
上記マウントとの上記レンズホルダ側における溶接位置を、上記レンズの中心高さから、上記光半導体素子を載置する上下いずれかの方向へずらし、かつ左右対称な少なくとも２点で行い、上記マウントと上記レンズホルダとのレーザ溶接位置が、上記光半導体素子、基板、および上記マウントそれぞれの線膨張係数と厚みとの積の和と、上記マウントにおける下面から上記レンズホルダとの溶接位置までの高さ、および上記レンズホルダ側における当該溶接位置からレンズ中心までの高さとそれぞれの線膨張係数との積の和について、当該２つの和が略等しくなるように設定されたことを特徴とする光半導体素子モジュール。