JPH0810289B2 - Optical semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
Optical semiconductor device and manufacturing method thereofInfo
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- JPH0810289B2 JPH0810289B2 JP1-503488A JP50348889A JPH0810289B2 JP H0810289 B2 JPH0810289 B2 JP H0810289B2 JP 50348889 A JP50348889 A JP 50348889A JP H0810289 B2 JPH0810289 B2 JP H0810289B2
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は光半導体装置及びその製造方法に関し、特に
光通信又は光伝送の分野で使用される光半導体装置及び
その製造方法に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an optical semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to an optical semiconductor device used in the field of optical communication or optical transmission and a method for manufacturing the same.
背景技術
光ファイバを光伝送路として使用する例えば光通信シ
ステムにおいては、半導体レーザや発光ダイオード等の
光半導体素子の出射光を光ファイバ内に導入するために
光半導体素子と光ファイバの光入射端面とを所定の位置
関係で固定してこれらの間に集光用のレンズを設ける。
レンズを設けるのは、光半導体素子及び光ファイバのビ
ームパラメータが大きく異なり単純に両者を近接させた
のでは光学的結合損失が大きくなってしまうからであ
り、レンズは光半導体素子と光ファイバとの間で高結合
効率を得るためのビーム変換を行なう。通常、光半導体
素子とレンズと光ファイバとは一体的に組立てられた光
半導体モジュールの形で使用される。この種の光半導体
モジュールにおいては、構成部品相互間の位置関係が直
接的に光結合効率に影響を及ぼすので、各構成部品は１
μｍ以下という極めて高い精度で位置決めされることが
要求される。又、長期間この高い位置決め精度が維持さ
れることも要求される。BACKGROUND ART In optical communication systems, for example, that use optical fibers as optical transmission paths, in order to introduce light emitted from an optical semiconductor element such as a semiconductor laser or light-emitting diode into the optical fiber, the optical semiconductor element and the light-incident end face of the optical fiber are fixed in a predetermined positional relationship, and a focusing lens is provided between them.
The lens is provided because the beam parameters of the optical semiconductor element and the optical fiber are significantly different, and simply placing them close to each other would result in a large optical coupling loss. The lens performs beam conversion to obtain high coupling efficiency between the optical semiconductor element and the optical fiber. Usually, the optical semiconductor element, lens, and optical fiber are used in the form of an optical semiconductor module that is integrally assembled. In this type of optical semiconductor module, the relative positions of the components directly affect the optical coupling efficiency, so each component is individually
Positioning must be performed with extremely high precision of less than 1 μm, and this high positioning precision must be maintained for a long period of time.
第１図は、従来の光半導体モジュールの一例を模式的
に示す図である。光半導体素子からの出射光は、レンズ
２により概略平行光ビームとされて光アイソレータ３を
順方向に透過し、更にグリンロッドレンズ4,5により集
束されて光ファイバ６に導入される。この様な光半導体
モジュールを製造する場合、光半導体素子１及びレンズ
２を所定の位置関係で固定保持して破線で示す光半導体
アセンブリ７を構成し、グリンロッドレンズ５及び光フ
ァイバ６を所定の位置関係で固定保持して破線で示すフ
ァイバアセンブリ８とし、これらのアセンブリ7,8と光
アイソレータ３とグリンロッドレンズ４とを一体的に組
立てる。この様に光半導体モジュールの構成部品をアセ
ンブリ化しているのは、アセンブリ同士の位置関係を調
整することにより簡単に光軸調整を行なうためである。 Figure 1 is a schematic diagram showing an example of a conventional optical semiconductor module. Light emitted from an optical semiconductor element is converted into a roughly parallel beam by a lens 2, transmitted forward through an optical isolator 3, and then focused by GRIN rod lenses 4 and 5 before being introduced into an optical fiber 6. To manufacture such an optical semiconductor module, the optical semiconductor element 1 and lens 2 are fixed and held in a predetermined positional relationship to form an optical semiconductor assembly 7, shown by the dashed line. The GRIN rod lens 5 and optical fiber 6 are fixed and held in a predetermined positional relationship to form a fiber assembly 8, also shown by the dashed line. These assemblies 7 and 8 are then integrally assembled with the optical isolator 3 and GRIN rod lens 4. The reason the components of the optical semiconductor module are assembled in this manner is to facilitate optical axis adjustment by adjusting the relative positions of the assemblies.
第２図は、従来の光半導体モジュールの他の例を模式
的に示す図であり、同図中第１図と実質的に同じ部分に
は同一符号を付しその説明は省略する。第２図におい
て、光半導体素子１から所定の開口角で放射された光は
レンズ２により概略平行光ビームとされ、レンズ９によ
り集束された光ファイバ６の端面に入射する。レンズ９
及び光ファイバ６は所定の位置関係で固定保持して破線
で示すファイバアセンブリ8aを構成する。なお、OAは光
軸を示す。 2 is a diagram showing a schematic diagram of another example of a conventional optical semiconductor module, in which parts that are essentially the same as those in FIG. 1 are given the same reference numerals and their explanations are omitted. In FIG. 2, light emitted from an optical semiconductor element 1 at a predetermined aperture angle is made into a roughly parallel light beam by a lens 2, and is incident on the end face of an optical fiber 6 that has been focused by a lens 9.
The optical fiber 6 is fixed and held in a predetermined positional relationship to form a fiber assembly 8a shown by the broken line. OA indicates the optical axis.
第３図は、従来の光半導体アセンブリ７の斜視図であ
る。同図中、光半導体素子（半導体レーザチップ）１は
例えば銅製のチップキャリア12に搭載されている。チッ
プキャリア12はステンレス（SUS）からなるブロック14
に半田付けされ、その後ブロック14がその高さ方向であ
るＺ軸方向の位置を調整してからSUS製の台16にレーザ
溶接により固定される。レンズホルダ18は、例えばSUS
からなる。このレンズホルダ18には嵌合孔18aが形成さ
れており、レンズ２が嵌合孔18a内に圧入固定されてい
る。レンズホルダ18は、光半導体素子１に対するレンズ
２のＸ軸方向及びＹ軸方向の相対的位置を調整された後
にヤグレーザを用いたレーザ溶融により台16に固定され
る。 3 is a perspective view of a conventional optical semiconductor assembly 7. In the figure, an optical semiconductor element (semiconductor laser chip) 1 is mounted on a chip carrier 12 made of, for example, copper. The chip carrier 12 is mounted on a block 14 made of stainless steel (SUS).
The block 14 is then adjusted in its height direction (Z-axis direction) and fixed to the SUS base 16 by laser welding.
A fitting hole 18a is formed in the lens holder 18, and the lens 2 is press-fitted and fixed into the fitting hole 18a. After the relative positions of the lens 2 in the X-axis direction and the Y-axis direction with respect to the optical semiconductor element 1 have been adjusted, the lens holder 18 is fixed to the base 16 by laser melting using a YAG laser.
しかし、第３図に示す光半導体アセンブリ７では、レ
ーザ溶接によりブロック14と台16の固定及びレンズホル
ダ18と台16の固定を行なっている。このため、溶接部で
の熱収縮により光半導体素子１とレンズ２との間の距離
が設計値からずれてしまうという問題があった。 3, however, the block 14 and the base 16, and the lens holder 18 and the base 16 are fixed by laser welding, which causes a problem that the distance between the optical semiconductor element 1 and the lens 2 deviates from the design value due to thermal contraction at the welded portion.
第４図及び第５図は、夫々光半導体アセンブリ７の他
の例における光半導体素子１とレンズ２の相対位置調整
方法及びこれらの相互固定方法の具体例を説明する図で
ある。 4 and 5 are diagrams illustrating specific examples of a method for adjusting the relative positions of the optical semiconductor element 1 and the lens 2 and a method for fixing them to each other in another example of the optical semiconductor assembly 7, respectively.
第４図に示す方法によると、光半導体素子１が固定さ
れたマウント21から支柱22を突出させ、この支柱22をレ
ンズ２が固定されたレンズホルダ23の挿入孔24に遊嵌し
た状態で光半導体素子１とレンズ２の相対位置関係を調
整する。つまり、コリメート光のビーム形状が許容範囲
内となるように光半導体素子１とレンズ２との間の距離
を調整し、最良の位置にて挿入孔24を接着剤や溶融半田
等の硬化性流動体で充填する。 4, a support 22 is protruded from a mount 21 to which an optical semiconductor element 1 is fixed, and the relative positional relationship between the optical semiconductor element 1 and the lens 2 is adjusted with the support 22 loosely fitted into an insertion hole 24 of a lens holder 23 to which a lens 2 is fixed. In other words, the distance between the optical semiconductor element 1 and the lens 2 is adjusted so that the beam shape of the collimated light falls within an allowable range, and the insertion hole 24 is filled with a hardenable fluid such as adhesive or molten solder at the optimum position.
他方、第５図に示す方法によると、レンズホルダ23a
の挿入孔24aにマウント21の支柱22が密着嵌合する。こ
の状態で上記の如き相対位置調整を行なった後に、図中
矢印方向にレーザ光を照射することによりレンズホルダ
23aと支柱22とをレーザ溶接する。 On the other hand, according to the method shown in FIG. 5, the lens holder 23a
The support 22 of the mount 21 is tightly fitted into the insertion hole 24a of the lens holder 21. After the relative position adjustment as described above is performed in this state, the lens holder 21 is fixed by irradiating the lens holder 21 with laser light in the direction of the arrow in the figure.
23a and the support 22 are laser welded together.
しかし、第４図に示す構成及び方法によると、挿入孔
24に硬化性流動体を充填する必要上、支柱22の外径と挿
入孔24の内径とをある程度異ならせておく必要がある。
このため、例えば接着剤による固定を行なう場合には、
接着剤が固化する間に調整が狂うことがあり、又、例え
ば半田付けによる固定を行なう場合には、半田固化後の
クリープ現象により固定当初の光結合効率を長期間にわ
たり安定に維持することができない等の問題があった。
又、第５図に示す構成及び方法によると、第４図の場合
の問題は生じないが、レーザ溶接部の熱収縮により最良
の位置に設定した光半導体素子１とレンズ２の相対位置
がずれてしまうという問題があった。 However, according to the configuration and method shown in FIG.
Since it is necessary to fill the hardening fluid in the hole 24, it is necessary to make the outer diameter of the support 22 and the inner diameter of the insertion hole 24 different to some extent.
For this reason, when fixing with adhesive, for example,
The adjustment may become out of sync while the adhesive is hardening, and when the fixing is performed by soldering, there is a problem that the optical coupling efficiency at the time of fixing cannot be stably maintained for a long period of time due to the creep phenomenon that occurs after the solder hardens.
Furthermore, with the configuration and method shown in Figure 5, the problem of Figure 4 does not occur, but there is a problem that the relative positions of the optical semiconductor element 1 and the lens 2, which have been set in the best positions, may become displaced due to thermal contraction of the laser welded portion.
第６図及び第７図は、夫々光半導体アセンブリ７の更
に他の例における光半導体素子１とレンズ２の相対位置
調整方法及びそれらの相互固定方法の具体例を説明する
図である。 6 and 7 are diagrams illustrating specific examples of a method for adjusting the relative positions of the optical semiconductor element 1 and the lens 2 and a method for fixing them to each other in yet another example of the optical semiconductor assembly 7, respectively.
第６図においては、光半導体素子１が固定されたマウ
ント21bから例えば円柱形状の支柱22bを突出させ、この
支柱22bをレンズ２が固定されたレンズホルダ23bの挿入
孔24bに遊嵌する。この状態で、光半導体素子１とレン
ズ２の相対位置関係を調整し、最良の位置にて挿入孔24
bに半田25を充填する。 6, a cylindrical support 22b, for example, is protruded from a mount 21b to which an optical semiconductor element 1 is fixed, and this support 22b is loosely fitted into an insertion hole 24b of a lens holder 23b to which a lens 2 is fixed. In this state, the relative positional relationship between the optical semiconductor element 1 and the lens 2 is adjusted, and the insertion hole 24 is inserted at the best position.
Fill b with solder 25.
他方、第７図においは、光半導体素子１及びレンズ２
が所定のフォーカス条件を満足するように夫々固定され
たマウント21c及びレンズホルダ23cとをこれらの平坦面
21c−1,23c−1同士を摺動させることによってXY平面上
のアライメント調整を行なう。そして、これら平坦面21
c−1,23c−1の端部にて図中矢印方向にレーザ溶接を行
なってマウント21cとレンズホルダ23cとを固定する。 On the other hand, in FIG. 7, an optical semiconductor element 1 and a lens 2
The mount 21c and the lens holder 23c are fixed so as to satisfy a predetermined focus condition.
The alignment on the XY plane is adjusted by sliding the flat surfaces 21c- 1 and 23c- 1 against each other.
The ends of the mount 21c and the lens holder 23c are laser-welded in the direction of the arrow in the figure to fix the mount 21c and the lens holder 23c together.
しかし、第６図に示す構成及び方法によると、アライ
メント調整を行なう必要上支柱22bの外径と挿入孔24bの
内径とをある程度異ならせておく必要があり、このため
半田付け部分の厚みが大きくなる。従って、半田固化後
のクリープ現象により固定当初の光結合効率を長期間に
わたり安定に維持することができない等の問題があっ
た。又、第７図に示す構成及び方法によると、第６図の
場合の問題は生じないが、レーザ溶接部の熱収縮により
最良の位置に設定した光半導体素子１とレンズ２の相対
位置がずれてしまうという問題があった。 However, with the configuration and method shown in Figure 6, the outer diameter of the support 22b and the inner diameter of the insertion hole 24b must be made to differ to some extent in order to perform alignment adjustment, which results in a large thickness of the soldered portion. Therefore, there is a problem that the initial optical coupling efficiency cannot be stably maintained for a long period of time due to creep after the solder solidifies. Furthermore, with the configuration and method shown in Figure 7, the problem of Figure 6 does not occur, but there is a problem that the relative positions of the optical semiconductor element 1 and lens 2, which have been set in the optimal positions, become displaced due to thermal contraction of the laser welded portion.
第８図は、光半導体アセンブリ７の他の例における光
半導体素子１とレンズ２の相対位置調整方法及びこれら
の相互固定方法の具体例を説明する図である。同図中、
光半導体素子１は実装基板26に搭載されている。実装基
板26は、光半導体素子１が例えば半導体レーザの場合は
ヒートシンクであり、例えば受光素子の場合は回路基板
である。例えばステンレス鋼等からなる角柱形のマウン
ト21dは、ステンレス鋼等の金属基板27の表面にレーザ
溶接等により直立に固着されている。前記実装基板26
は、半田付け等によりマウント21dの上部に固定されて
いる。レンズホルダ23dはインバー等からなり、その上
縁近傍に形成された貫通孔23d−1にはレンズ２が圧入装
着されている。 8 is a diagram illustrating a specific example of a method for adjusting the relative positions of the optical semiconductor element 1 and the lens 2 and a method for fixing them to each other in another example of the optical semiconductor assembly 7. In the figure,
The optical semiconductor element 1 is mounted on a mounting substrate 26. The mounting substrate 26 is a heat sink when the optical semiconductor element 1 is, for example, a semiconductor laser, and is a circuit board when the optical semiconductor element 1 is, for example, a light-receiving element. A rectangular pillar-shaped mount 21d made of, for example, stainless steel is fixed upright to the surface of a metal substrate 27 made of, for example, stainless steel by laser welding or the like. The mounting substrate 26
is fixed to the top of the mount 21d by soldering etc. The lens holder 23d is made of Invar etc., and the lens 2 is press-fitted into a through hole 23d- 1 formed near the top edge thereof.
レンズホルダ23dは、光半導体素子１の光軸とレンズ
２の光軸とを一致させた状態でマウント21dの側面にレ
ーザ溶接により固着される。レンズホルダ23dのマウン
ト21dへの固着は、例えば次の様に行なわれる。先ず、
レンズホルダ23dをロボットアーム等で保持し、レンズ
ホルダの固着面をマウント21dの側面に当接せしめる。
光半導体素子１が半導体レーザの場合には、コリメーー
トレンズであるレンズ２を透過した半導体レーザの光パ
ワーを光パワーメータ或いはテレビカメラ等で測定しな
がらレンズ２を上下左右に微細に移動して調整する。レ
ンズホルダ23dの固着面は、光パワー即ち光結合度が最
大の位置でマウント21dの側面にレーザ溶接により固着
される。他方、光半導体素子１が受光素子の場合には、
収束レンズであるレンズ２で集光されて受光素子の受光
面に投射された光の光電流を測定しながらレンズ２を上
下左右に微細して移動して調整する。レンズホルダ23d
の固着面は、光電流即ち光結合度が最大の位置でマウン
ト21dの側面にレーザ溶接により固着される。 The lens holder 23d is fixed to the side surface of the mount 21d by laser welding in a state in which the optical axis of the optical semiconductor element 1 and the optical axis of the lens 2 are aligned. The lens holder 23d is fixed to the mount 21d, for example, as follows.
The lens holder 23d is held by a robot arm or the like, and the fixing surface of the lens holder is brought into contact with the side surface of the mount 21d.
When the optical semiconductor element 1 is a semiconductor laser, the optical power of the semiconductor laser transmitted through the lens 2, which is a collimating lens, is measured with an optical power meter or a television camera, and the lens 2 is finely moved up and down and left and right to adjust. The fixing surface of the lens holder 23d is fixed to the side surface of the mount 21d by laser welding at the position where the optical power, i.e., the degree of optical coupling, is maximum. On the other hand, when the optical semiconductor element 1 is a light receiving element,
The lens 2 is finely moved up and down and left and right to adjust the amount of light that is collected by the lens 2, which is a converging lens, and projected onto the light receiving surface of the light receiving element while measuring the photocurrent.
The fixing surface is fixed to the side surface of the mount 21d by laser welding at a position where the photocurrent, ie, the optical coupling degree, is maximum.
ところが、第８図においては、光軸の調整が行なわれ
た後にレンズホルダ23dとマウント21dとの当接面を広範
囲にわたりレード溶接することにより、レンズホルダ23
dをマウント21dに固着している。又、このレーザ溶接個
所とレンズ２とは比較的離れていて、所謂片持梁状の先
端にレンズ２が挿着されている。従って、レーザ溶接時
に先に溶接したレンズホルダ23dの部分が他の部分より
より強く熱収縮してマウント21d側に引きつけられ、熱
歪によりレンズ２が所定の設定位置からずれて光結合度
が低下するという問題があった。 However, in FIG. 8, after the optical axis is adjusted, the contact surfaces of the lens holder 23d and the mount 21d are welded over a wide range, so that the lens holder 23
21d is fixed to the mount 21d. The laser welding point and the lens 2 are relatively far apart, with the lens 2 being inserted into the tip of a so-called cantilever. Therefore, during laser welding, the portion of the lens holder 23d that was welded first thermally shrinks more strongly than the other portions and is pulled toward the mount 21d, causing the lens 2 to shift from its predetermined position due to thermal distortion, resulting in a problem of reduced optical coupling.
光半導体アセンブリは、通常はシーリングされたパッ
ケージ構造とされている。第９図は、パッケージ構造と
された従来の光半導体アセンブリの一例を示す。同図
中、光半導体素子１は例えば銅製のチップキャリア14a
に搭載されている。このチップキャリア14aは、半田付
け又はろう付け等により例えばSUSからなるマウント21e
に取付けられている。レンズホルダ23eの中心部には貫
通鋼23e−1が形成されており、この貫通孔23e−1にはレ
ンズ２が圧入挿着されている。レンズホルダ23eの外周
部にはネジ山が形成されており、レンズホルダ23eは支
持部材28に螺合しているのでレンズ２の７軸方向の調整
が可能である。 An optical semiconductor assembly is usually constructed as a sealed package. Fig. 9 shows an example of a conventional optical semiconductor assembly having a package structure. In the figure, an optical semiconductor element 1 is mounted on a chip carrier 14a made of, for example, copper.
The chip carrier 14a is mounted on a mount 21e made of, for example, SUS by soldering or brazing.
The lens holder 23e is attached to a support member 28. A through hole 23e- 1 is formed in the center of the lens holder 23e, and the lens 2 is press-fitted into this through hole 23e- 1 . A screw thread is formed on the outer periphery of the lens holder 23e, and the lens holder 23e is screwed into the support member 28, allowing adjustment of the lens 2 in seven axial directions.
レンズホルダ23e及び支持部材28は共にSUSからなる。
光半導体素子１に対するレンズ２のＸ軸方向及びＹ軸方
向の相対的位置を調整した後に、支持部材28を治具で押
さえながらヤグレーザを使用してマウント21eにレーザ
溶接により固定する。レンズ２のＺ軸方向の調整は、上
述したようにレンズホルダ23eを支持部材28中で左右に
回転することにより達成される。 The lens holder 23e and the support member 28 are both made of stainless steel.
After adjusting the relative position of the lens 2 in the X-axis and Y-axis directions with respect to the optical semiconductor element 1, the support member 28 is held down with a jig and fixed to the mount 21e by laser welding using a YAG laser. Adjustment of the lens 2 in the Z-axis direction is achieved by rotating the lens holder 23e left and right within the support member 28, as described above.
このように光半導体素子１とレンズ２を一体的に固定
した光半導体アセンブリ７はペルチェ素子29に例えば半
田付けにより固定される。即ち、メタライズされたペル
チェ素子29のセンミック基板30をマウント21eに半田付
けにより固定する。ペルチェ素子30は、更にそのセラミ
ック基板31をメタライズした後に例えばコバール等から
なるガラス端子基盤32に半田付けにより固定される。光
半導体素子１及びペルチェ素子29に駆動電流を供給する
ために端子33が設けられている。 The optical semiconductor assembly 7, in which the optical semiconductor element 1 and lens 2 are fixed integrally in this manner, is fixed to the Peltier element 29, for example, by soldering. That is, the ceramic substrate 30 of the metallized Peltier element 29 is fixed to the mount 21e by soldering. After the ceramic substrate 31 of the Peltier element 30 is further metallized, it is fixed to a glass terminal substrate 32 made of, for example, Kovar by soldering. Terminals 33 are provided to supply drive current to the optical semiconductor element 1 and Peltier element 29.
光半導体アセンブリ７を上述したようにペルチェ素子
29に搭載した後に、光半導体素子１を湿気から保護する
ために光半導体アセンブリ７のパッケージ化によりシー
リングが行なわれる。即ち、窒素等の不活性ガスを封入
してキャップ34を抵抗溶接によりガラス端子基盤32に溶
接することにより、光半導体パッケージが得られる。キ
ャップ34は、例えばコバールからなり、その中心部分に
はサファイヤガラス等からなるレーザ出射用のガラス窓
35が設けられている。 The optical semiconductor assembly 7 is connected to the Peltier element as described above.
After mounting the optical semiconductor assembly 7 on the glass terminal board 29, the optical semiconductor assembly 7 is sealed by packaging to protect the optical semiconductor element 1 from moisture. That is, an inert gas such as nitrogen is sealed inside the glass terminal board 32, and the cap 34 is welded to the glass terminal board 32 by resistance welding, thereby obtaining an optical semiconductor package. The cap 34 is made of, for example, Kovar, and has a glass window for emitting laser light made of sapphire glass or the like in its center.
35 is provided.
上述したような光半導体パッケージ構造では、光半導
体アセンブリ７をペルチェ素子29に半田付けし、これを
さらにガラス端子基盤32に半田付けした後でキャップ34
をガラス端子基盤32に抵抗溶接している。しかし、この
構造では各部材の積み重ね構造となるため、パッケージ
化後の光ビーム出射角が光半導体アセンブリ７の出射角
より大きくなってしまい、この光半導体パッケージを光
アイソレータ及びファイバアセンブリと組み合わせてモ
ジュール化したときの光結合効率が非常に悪くなってし
まうという問題があった。即ち、第10図に示すように、
ａが希望の角度の出射光であるが、光半導体アセンブリ
７の出射光はｂに示すように僅かばかりオフセットする
傾向があり、さらにパッケージ化するとｃに示すように
出反射光のオフセット量が多くなるという問題があっ
た。これはパッケージ化するとき及びした後の、熱応力
等により光軸のずれが生ずるためである。 In the optical semiconductor package structure described above, the optical semiconductor assembly 7 is soldered to the Peltier element 29, which is then soldered to the glass terminal board 32, and then the cap 34 is attached.
is resistance welded to the glass terminal board 32. However, this structure requires stacking of the various components, so the output angle of the light beam after packaging becomes larger than the output angle of the optical semiconductor assembly 7, and there is a problem that the optical coupling efficiency becomes very poor when this optical semiconductor package is combined with an optical isolator and a fiber assembly to form a module.
Although the desired angle of emitted light is indicated by "a," the emitted light from the optical semiconductor assembly 7 tends to be slightly offset as shown by "b," and when the assembly is packaged, the offset of the emitted and reflected light increases as shown by "c." This is because the optical axis shifts due to thermal stress during and after packaging.
以上説明した従来例の問題点をまとめると、次の通り
である。つまり、第３図，第５図，第７図及び第８図に
示す従来例では、レーザ溶接部の熱収縮により光半導体
素子１とレンズ２との相対位置がずれるという問題があ
った。又、第４図及び第６図に示す従来例では、半田固
化後のクリープ現象により光半導体素子１とレンズ２と
の相対位置がずれるという問題があった。更に、光半導
体アセンブリ７をパッケージ化した場合、角部材の積み
重ね構造となるため、パッケージ化後の光ビーム出射角
が設計値よりずれてしまうという問題があった。 The problems with the conventional examples described above can be summarized as follows. That is, in the conventional examples shown in Figures 3, 5, 7, and 8, there was a problem in that the relative positions of the optical semiconductor element 1 and the lens 2 were shifted due to thermal contraction of the laser welded portion. Also, in the conventional examples shown in Figures 4 and 6, there was a problem in that the relative positions of the optical semiconductor element 1 and the lens 2 were shifted due to the creep phenomenon after the solder solidified. Furthermore, when the optical semiconductor assembly 7 is packaged, the structure is one in which the angular members are stacked, which causes a problem in that the output angle of the optical beam after packaging deviates from the design value.
発明の開示
本発明の目的は、光半導体素子を保持するマウント
と、光半導体素子から放射された光のビーム形状を変換
するレンズを保持すると共に前記マウントに固定された
レンズホルダと、少なくともマウント及びレンズホルダ
の一方に設けられた被レーザ照射部とからなり、この被
レーザ照射部のレーザ照射により積極的に光半導体素子
及びレンズの相対位置を任意の方向へ調整可能な構成と
した光半導体措置及びその製造方法を提供することにあ
る。本発明によれば、光半導体素子及びレンズの相対位
置を任意の方向へ微調整することができる。Disclosure of the Invention An object of the present invention is to provide an optical semiconductor device and a manufacturing method thereof, which comprises a mount for holding an optical semiconductor element, a lens holder for holding a lens that converts the beam shape of light emitted from the optical semiconductor element and is fixed to the mount, and a laser irradiated portion provided on at least one of the mount and the lens holder, wherein the relative position of the optical semiconductor element and the lens can be actively adjusted in any direction by laser irradiation of the laser irradiated portion. According to the present invention, the relative position of the optical semiconductor element and the lens can be finely adjusted in any direction.
本発明の他の目的は、光半導体素子を保持するマウン
トと、光半導体素子から放射された光のビーム形状を変
換するレンズを保持すると共に前記マウントに固定され
たレンズホルダと、少なくともマウント及びレンズホル
ダの一方に設けられた被レーザ照射部と、マウント及び
レンズホルダをシールディングするパッケージ構造と、
このパッケージ構造に設けられたレーザ照射用窓とから
なり、前記レーザ照射用窓を介した被レーザ照射部のレ
ーザ照射により積極的に光半導体素子及びレンズの相対
位置を任意の方向へ調整可能な構成とした光半導体装置
及びその構造方法を提供することにある。本発明によれ
ば、パッケージ化した後でも光半導体素子及びレンズの
相対位置を任意の方向へ調整することができる。 Another object of the present invention is to provide a package structure that includes: a mount that holds an optical semiconductor element; a lens holder that holds a lens that converts the beam shape of light emitted from the optical semiconductor element and is fixed to the mount; a laser irradiated portion that is provided on at least one of the mount and the lens holder; and a package structure that shields the mount and the lens holder.
The present invention provides an optical semiconductor device and a method for manufacturing the same, which are configured to include a laser irradiation window provided in the package structure, and which are configured so that the relative positions of the optical semiconductor element and the lens can be actively adjusted in any direction by irradiating the laser beam onto the laser-irradiated portion through the laser irradiation window. According to the present invention, the relative positions of the optical semiconductor element and the lens can be adjusted in any direction even after packaging.
更に本発明の目的及び特長は、以下図面と共に述べる
説明より明らかとなろう。 Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.
図面の簡単な説明
第１図は光半導体モジュールの一例を示す模式図、
第２図は光半導体モジュールの他の例を示す模式図、
第３図は従来の光半導体アセンブリの斜視図、
第４図，第５図，第６図，第７図及び第８図は従来の光
半導体アセンブリの断面図、
第９図は従来のパッケージ化された光半導体アセンブリ
の断面図、
第10図は第９図のパッケージ化された光半導体アセンブ
リの問題点を説明するための図、
第11図は本発明になる光半導体装置の第１実施例の斜視
図、
第12図は本発明になる光半導体装置の第２実施例の部分
断面図、
第13A図及び第13B図は夫々第２実施例の原理を説明する
ための図、
第14A図及び第14B図は夫々本発明になる光半導体装置の
第３実施例の部分断面図及び平面図、
第15図は第３実施例の原理を説明するための図、
第16図は本発明になる光半導体装置の第４実施例の断面
図、
第17A図及び第17B図は夫々第２及び第３実施例の変形例
の要部断面図、
第18A図及び第18B図は夫々本発明になる光半導体装置の
第５実施例の原理を説明するための要部の平面図、
第19A図及び第19B図は夫々本発明になる光半導体装置の
第６実施例の一部断面図及び平面図、
第20A図及び第20B図は夫々第６実施例の原理を説明する
ための平面図、
第21図は第６実施例の原理を説明するための図、
第22図は本発明になる光半導体装置の第７実施例の断面
図、
第23A図及び第23B図は夫々本発明になる光半導体装置の
第８実施例の要部を示す斜視図及び断面図、
第24図は第８実施例における素子合板の斜視図、
第25図は本発明になる光半導体装置の第９実施例を示す
断面図、
第26図は第９実施例におけるキャップを示す斜視図、
第27図はキャップの第１変形例を示す斜視図、
第28図はキャップの第２変形例を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic diagram showing one example of an optical semiconductor module; FIG. 2 is a schematic diagram showing another example of an optical semiconductor module; FIG. 3 is a perspective view of a conventional optical semiconductor assembly; FIGS. 4, 5, 6, 7, and 8 are cross-sectional views of a conventional optical semiconductor assembly; FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional packaged optical semiconductor assembly; FIG. 10 is a diagram for explaining problems with the packaged optical semiconductor assembly of FIG. 9; FIG. 11 is a perspective view of a first embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention; FIG. 12 is a partial cross-sectional view of a second embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention; FIGS. 13A and 13B are diagrams for explaining the principle of the second embodiment, respectively; FIGS. 14A and 14B are partial cross-sectional and plan views, respectively, of a third embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention; 21 is a diagram for explaining the principle of the sixth embodiment; FIG. 22 is a sectional view of a seventh embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention; FIG. 23A and FIG. 23B are a perspective view and a sectional view, respectively, showing a main part of an eighth embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention; FIG. 24 is a perspective view of an element plyboard in the eighth embodiment; FIG. 25 is a sectional view showing a ninth embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention; FIG. 26 is a perspective view showing a cap in the ninth embodiment; FIG. 27 is a perspective view showing a first modified example of the cap; and FIG. 28 is a perspective view showing a second modified example of the cap.
発明を実施するための最良な形態
第11図は、本発明の光半導体装置の第１実施例として
の光半導体アセンブリを示す。同図中光半導体素子とし
てのレーザダイオードチップ40は、例えば銅製のチップ
キャリア42に搭載された状態で供給される。チップキャ
リア42は、SUS製の台52に半田付けにより固定される。S
USから形成されたレンズホルダ54は、二本のスリット55
により基部54aとこの基部54aに対して引き起こした引き
起こし部54bとにより構成されている。引き起こし部54b
には嵌合孔56が設けられており、この嵌合孔56中にレン
ズ50が圧入固定されている。引き起こし部54bの引き起
こし量は、レーザダイオードチップ40とレンズ50との間
の距離が望ましい距離よりも僅かばかり大きくなるよう
な引き起こし量に設定される。レンズホルダ54は、レー
ザダイオードチップ40に対するレンズ50のＸ軸方向及び
Ｙ軸方向の位置調整をした後、ヤグレーザを使用してマ
ウント52にLWで示す如くレーザ溶接固定される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Fig. 11 shows an optical semiconductor assembly as a first embodiment of the optical semiconductor device of the present invention. In the figure, a laser diode chip 40 as an optical semiconductor element is supplied mounted on a chip carrier 42 made of, for example, copper. The chip carrier 42 is fixed to a base 52 made of SUS by soldering.
The lens holder 54 formed from US has two slits 55
The base 54a is configured with a raised portion 54b raised relative to the base 54a.
The lens holder 54 has a fitting hole 56 in which the lens 50 is press-fitted and fixed. The amount of lift of the lifting portion 54b is set so that the distance between the laser diode chip 40 and the lens 50 is slightly larger than the desired distance. After adjusting the position of the lens 50 relative to the laser diode chip 40 in the X-axis and Y-axis directions, the lens holder 54 is laser-welded to the mount 52 using a YAG laser as shown by LW.
以上のステップにより、レーザダイオードチップ40と
レンズ50との一体化固定構造が得られるが、レーザダイ
オードチップ40とレンズ50との間のＺ軸方向の距離は、
上述したように望ましい値よりも僅かばかり大きくなる
ように設定されている。そこでＺ軸方向の距離調整を行
うために、レンズホルダ54のスリット55の根本部に設け
られた被レーザ照射部58に対してヤグレーザの照射を行
う。するとレーザ照射による溶融部が固化するときに収
縮が起こり、レンズホルダ54の引き起こし部54bを下方
へ引き下げる。このときのレーザパワー，デフォーカス
量の照射位置（即ち，ヤグレーザの照射を行なう被レー
ザ照射部58）及び回数を適当に選択することにより、レ
ーザダイオードチップ40とレンズ50との間の距離が最適
となるように調整することができる。従って、レーザダ
イオード40とレンズ50との間のＺ軸方向上の距離を精度
良く最適となるように調整することができる。 Through the above steps, an integrated and fixed structure of the laser diode chip 40 and the lens 50 is obtained. The distance in the Z-axis direction between the laser diode chip 40 and the lens 50 is as follows:
As described above, the distance is set to be slightly larger than the desired value. Therefore, to adjust the distance in the Z-axis direction, a YAG laser is irradiated onto the laser-irradiated portion 58 located at the base of the slit 55 of the lens holder 54. As a result, the melted portion solidifies, contracting and pulling the raised portion 54b of the lens holder 54 downward. By appropriately selecting the laser power, the defocus amount, the irradiation position (i.e., the laser-irradiated portion 58 to be irradiated with the YAG laser), and the number of times, the distance between the laser diode chip 40 and the lens 50 can be adjusted to an optimum value. Therefore, the distance in the Z-axis direction between the laser diode 40 and the lens 50 can be adjusted to an optimum value with high precision.
第12図は、本発明の光半導体装置の第２実施例として
の光半導体アセンブリを示す。同図中、第11図と実質的
に同じ部分には同一符号を付し、その説明は省略する。 12 shows an optical semiconductor assembly as a second embodiment of the optical semiconductor device of the present invention, in which parts that are essentially the same as those in FIG. 11 are given the same reference numerals and their explanation will be omitted.
第12図において、光半導体素子40を保持するマウント
52aとレンズ50を保持するレンズホルダ54aとは一体的に
固定されて光半導体アセンブリを構成している。レンズ
ホルダ54aには、被レーザ照射部としての溝58aが設けら
れている。 In FIG. 12, a mount for holding an optical semiconductor element 40 is shown.
The lens holder 54a is fixed integrally with the lens 52a to form an optical semiconductor assembly. The lens holder 54a is provided with a groove 58a as a laser irradiated portion.
そして、溝58aにレーザ光LBを照射してレンズホルダ5
4aを溝58aにて局部的に溶融・凝固させることによって
レンズホルダ54aをその凝固部で屈曲させて光半導体素
子40とレンズ50の相対的位置関係を調整するようにして
いる。 Then, the groove 58a is irradiated with laser light LB to fix the lens holder 5
By locally melting and solidifying the lens holder 54a in the groove 58a, the lens holder 54a is bent at the solidified portion, thereby adjusting the relative positional relationship between the optical semiconductor element 40 and the lens 50.
第13A図及び第13B図は本実施例の原理説明図である。
光半導体素子40とレンズ50の相対位置関係を行うに際し
て、第13A図に示すように、レンズホルダ54aに設けられ
た溝58aにレーザ光LBを照射すると、レンズホルダ54aが
溝58aにて局部的に溶融した後に凝固する。第13B図に示
すように、その凝固部57には収縮力が作用するので、レ
ンズホルダ54aが溝58aの形成側に屈曲するものである。
レンズホルダ54aの屈曲の変形量と光半導体素子40及び
レンズ50間の距離とは１対１に対応するから、レーザ光
LBの照射証券に応じて光半導体素子40とレンズ50の所望
の相対位置関係を得ることができる。 13A and 13B are diagrams explaining the principle of this embodiment.
When adjusting the relative positions of the optical semiconductor element 40 and the lens 50, as shown in Fig. 13A, laser light LB is irradiated onto a groove 58a formed in the lens holder 54a, causing the lens holder 54a to melt locally at the groove 58a and then solidify. As shown in Fig. 13B, a contraction force acts on the solidified portion 57, causing the lens holder 54a to bend toward the groove 58a.
The amount of deformation of the lens holder 54a due to bending corresponds one-to-one to the distance between the optical semiconductor element 40 and the lens 50.
A desired relative positional relationship between the optical semiconductor element 40 and the lens 50 can be obtained depending on the irradiation pattern of the LB.
次に、本発明の光半導体装置の第３実施例を第14A図
及び第14B図と共に説明する。同図中、第12図と実質的
に同じ部分には同一符号を付す。 Next, a third embodiment of the optical semiconductor device of the present invention will be described with reference to Figures 14A and 14B, in which the same reference numerals are used to designate parts that are essentially the same as those in Figure 12.
第14A図及び第14B図において、半導体レーザチップ等
の光半導体素子40は、熱伝導性の良好なCu等からなるヒ
ートシンク60の上部に形成された凹部60aに例えば図示
しないAu層を介して半田付け固定されている。ヒートシ
ンク60は、例えば蝋付けによりSUS材からなるマウント5
2aの上端に固定されている。球レンズ等のレンズ50は、
例えば圧入によりレンズホルダ54aの孔54aAに固定され
ており、レンズホルダ54aは、例えばレーザ溶接により
その下端部54aBにてマウント52aと一体化されている。
そして、レンズホルダ54aのマウント52a側及びその反対
側の面には、複数（この実施例では合計８）の溝58aが
例えば切削加工により形成されている。 14A and 14B, an optical semiconductor element 40 such as a semiconductor laser chip is fixed by soldering, for example, via an Au layer (not shown), to a recess 60a formed in the upper part of a heat sink 60 made of Cu or the like with good thermal conductivity. The heat sink 60 is fixed to a mount 5 made of SUS material by brazing, for example.
The lens 50, such as a spherical lens, is fixed to the upper end of the lens 2a.
For example, it is fixed in a hole 54aA of the lens holder 54a by press-fitting, and the lens holder 54a is integrated with the mount 52a at its lower end 54aB by laser welding, for example.
A plurality of grooves 58a (eight in total in this embodiment) are formed by cutting, for example, on the mount 52a side and the opposite side of the lens holder 54a.
上記構成の光半導体アセンブリにおける光半導体素子
40とレンズ50の光軸方向、即ち、Ｚ軸方向の相対位置調
整について説明する。尚、光軸に垂直なX,Y軸方向の相
対位置調整については、マウント52aとレンズホルダ54a
を一体化するときに概略的になされているものとする。
まず、第15図に示すように、レンズホルダ54aのマウン
ト52aと反対側に形成された溝58aのうち任意の溝58aAに
レーザ光を照射してレンズホルダ54aを溝58aAにて溶融
させる。レーザ光の照射を停止するとこの凝固部には金
属組織が変化する等の理由によって収縮力が作用するか
ら、レンズホルダ54aは図中点線で示されるように屈曲
変形する。このときのレンズ50の近似的に光軸方向Ｚの
変位ｄは、溝58aAに照射したレーザ光のパワー，照射時
間及びスポット径（デフォーカス量）に応じて任意に設
定することができるので、例えばレンズ50を介して出射
された光半導体素子40からの放射ビーム形状をモニタリ
ングしながら所望の位置にレンズ50を固定することがで
きる。上記作業によるレンズ50の変位量が大きすぎた場
合には、レンズホルダ54aのマウント52a側に形成された
溝58aのうち任意の溝58aBにレーザ光を照射することに
よって、レンズ50を反対方向に変化させることができ
る。この場合のレーザ光の照射は、マウント52aを避け
てレンズホルダ54aに対して斜めに行ってもよいし、あ
らかじめマウント52aに図示しない孔を設けておき、こ
の孔を介して行ってもよい。このように、たとえレーザ
光の照射条件とレンズ50の変位量との関係が明確でない
場合でも、レンズホルダ54aの両面に繰り返してレーザ
光を照射することによって、レンズ50の位置を最適な位
置に収束させていくことができる。ここで、レーザ光の
照射により溝部分を溶融させているのは、瞬時の加熱に
よりレンズホルダ54aを部分的に溶融させることができ
るからであり、又、凝固部分の経時的なクリープ現象が
比較的少ないからである。 Optical semiconductor element in the optical semiconductor assembly having the above configuration
The following describes the adjustment of the relative position between the mount 52a and the lens holder 54a in the optical axis direction, i.e., the Z-axis direction of the lens 50. The relative position adjustment in the X-axis and Y-axis directions perpendicular to the optical axis is performed by adjusting the mount 52a and the lens holder 54a.
This is generally done when integrating the above.
First, as shown in FIG. 15, a laser beam is applied to a groove 58aA among the grooves 58a formed on the lens holder 54a opposite the mount 52a, melting the lens holder 54a at the groove 58aA. When the laser beam irradiation is stopped, a contraction force acts on the solidified portion due to changes in the metal structure, etc., causing the lens holder 54a to bend and deform as shown by the dotted line in the figure. The approximate displacement d of the lens 50 in the optical axis direction Z at this time can be arbitrarily set depending on the power, irradiation time, and spot diameter (defocus amount) of the laser beam irradiated onto the groove 58aA. Therefore, for example, the lens 50 can be fixed at a desired position while monitoring the shape of the beam emitted from the optical semiconductor device 40 through the lens 50. If the displacement of the lens 50 due to the above procedure is too large, the lens 50 can be moved in the opposite direction by applying a laser beam to a groove 58aB among the grooves 58a formed on the mount 52a side of the lens holder 54a. In this case, the laser beam may be irradiated obliquely to the lens holder 54a, avoiding the mount 52a, or may be irradiated through a hole (not shown) that is pre-formed in the mount 52a. Thus, even if the relationship between the laser beam irradiation conditions and the displacement of the lens 50 is unclear, the lens 50 can be focused to the optimum position by repeatedly irradiating both sides of the lens holder 54a with the laser beam. The groove portion is melted by irradiating the laser beam because the lens holder 54a can be partially melted by instantaneous heating, and because creep over time of the solidified portion is relatively small.
第16図は本発明になる光半導体装置の第４実施例とし
ての光半導体モジュールを示す。この光半導体モジュー
ルは、例えば14A図及び第14B図に示した光半導体素子と
レンズの相対位置調整を完了した光半導体アセンブルを
用いて構成される。光半導体アセンブリのマウント52a
はステム61に固定されており、ステム61には光半導体素
子40を気密封止するために、ガラス窓62aを有するキャ
ップ62が取り付けられている。光半導体素子40に駆動電
圧を印加するために63が設けられている。一方、ファイ
バアセンブリは、光ファイバ64をフェルール65に挿入固
定し、更にフェルール65をフランジ66に挿入固定し、フ
ランジ66を、レンズ67が挿入固定されたレンズホルダ68
と一体化することによって構成されている。 16 shows an optical semiconductor module as a fourth embodiment of the optical semiconductor device according to the present invention. This optical semiconductor module is constructed using an optical semiconductor assembly in which the relative positions of the optical semiconductor element and the lens shown in FIGS. 14A and 14B have been adjusted. Mount 52a of the optical semiconductor assembly
is fixed to a stem 61, and a cap 62 having a glass window 62a is attached to the stem 61 to hermetically seal the optical semiconductor element 40. A power supply 63 is provided to apply a drive voltage to the optical semiconductor element 40. On the other hand, the fiber assembly is formed by inserting and fixing an optical fiber 64 into a ferrule 65, and then inserting and fixing the ferrule 65 into a flange 66, which is then attached to a lens holder 68 in which a lens 67 is inserted and fixed.
It is composed by integrating with
このような光半導体モジュールにあっては、モジュー
ル組立段階におけるアセンブリ間のアライメント調整
（光軸７に垂直なX,Y軸方向の相対位置調整）について
は、ステム61とレンズホルダ68の固定に先立つ位置調整
により行うことが容易でないから、各アセンブリ段階に
おけるフォーカス調整は、そのアライメント調整と比較
して充分高精度に行われている必要がある。この実施例
においては、光半導体アセンブリについては、溝58aの
レーザ光の照射により容易にフォーカス調整を行うこと
ができ、ファイバアセンブリについても、フェルール65
の挿入位置を調整することにより同じくフォーカス調整
を容易に行うことができるので、モジュール組立段階で
は各アセンブリ間のアライメント調整だけを行なうこと
で高い光結合効率を得ることができる。又、この実施例
では、充填物により固定部分がないから、光結合効率が
経時的に変化する等の不都合が生じない。 In such an optical semiconductor module, alignment adjustment between assemblies during the module assembly stage (adjustment of relative position in the X and Y axes perpendicular to the optical axis 7) cannot be easily performed by position adjustment prior to fixing the stem 61 and the lens holder 68, so focus adjustment during each assembly stage must be performed with a sufficiently high degree of accuracy compared to the alignment adjustment. In this embodiment, the focus adjustment can be easily performed for the optical semiconductor assembly by irradiating the groove 58a with laser light, and for the fiber assembly, the focus adjustment can be easily performed by irradiating the ferrule 65 with laser light.
Since focus adjustment can be easily performed by adjusting the insertion position of the assemblies, high optical coupling efficiency can be obtained by simply adjusting the alignment between the assemblies during the module assembly stage. Also, in this embodiment, there are no fixed parts due to the filler, so there is no problem such as the optical coupling efficiency changing over time.
第17A図は、第２実施例の変形例の要部を示す。本変
形例では、溝58aの形状が第２実施例の如くＶ字ではな
くＵ字となっている。なお、溝58aの形状はＶ字やＵ字
以外でも良いことは言うまでもない。 17A shows the main part of a modification of the second embodiment. In this modification, the groove 58a has a U-shape instead of the V-shape of the second embodiment. It goes without saying that the shape of the groove 58a may be other than a V or U-shape.
第17B図は、第３実施例の変形例の要部を示す。本変
形例では、レンズホルダ54aの第１の面54a1に設けられ
た溝58aと第２の面54a2に設けられた溝58aのＺ軸方向上
の位置が異なる。なお、溝58aはレンズホルダ54aに周期
的に設ける必要がないことは言うまでもない。 17B shows the main part of a modification of the third embodiment. In this modification, the positions of the grooves 58a on the first surface 54a1 of the lens holder 54a and the grooves 58a on the second surface 54a2 are different in the Z-axis direction. It goes without saying that the grooves 58a do not need to be provided periodically on the lens holder 54a.
更に、被レーザ照射部としての溝は、マウント52aに
設けても良く、又、レンズホルダ54a及びマウント52aの
両方に設けても良い。 Furthermore, the groove serving as the laser irradiated portion may be provided in the mount 52a, or may be provided in both the lens holder 54a and the mount 52a.
次に、本発明の光半導体装置の第５実施例としての光
半導体アセンブリを第18A図及び第18B図と共に説明す
る。同図中、第11図と実質的に同じ部分には同一符号を
付す。光半導体アセンブリは、第18A図に示す如く光半
導体素子40を保持するマウント52bとレンズ50を保持す
るレンズホルダ45bとが一体化して構成されている。マ
ウント52bには、光軸方向（紙面に垂直な方向）Ｚに貫
通する孔52bAが設けられている。 Next, an optical semiconductor assembly as a fifth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention will be described with reference to Figs. 18A and 18B. In these figures, parts that are essentially the same as those in Fig. 11 are designated by the same reference numerals. As shown in Fig. 18A, the optical semiconductor assembly is configured by integrating a mount 52b that holds an optical semiconductor element 40 and a lens holder 45b that holds a lens 50. Mount 52b is provided with a hole 52bA that penetrates in the optical axis direction Z (direction perpendicular to the paper surface).
そして、第18B図に示すように、孔52bAの内部にレー
ザ孔LBを照射してマウント52bを被レーザ照射部58bにて
局部的に溶融・凝固させることによって光半導体素子40
とレンズ50の相対位置関係を調整するようにしている。
本実施例ではマウント52bに孔52bAが設けられている
が、レンズホルダ54bに同様に孔が設けられていてもよ
く、又、この様な孔はマウント52bとレンズホルダ54bの
両方に設けても良い。更に、孔52bAの形状は角を有する
ものであれば任意に設定可能である。 Then, as shown in FIG. 18B, the inside of the hole 52bA is irradiated with a laser beam LB to locally melt and solidify the mount 52b at the laser irradiated portion 58b, thereby forming the optical semiconductor element 40.
The relative positional relationship between the lens 50 and the lens 51 is adjusted.
In this embodiment, the hole 52bA is provided in the mount 52b, but a similar hole may be provided in the lens holder 54b, or such holes may be provided in both the mount 52b and the lens holder 54b. Furthermore, the shape of the hole 52bA can be set to any shape as long as it has corners.
光半導体素子40とレンズ50の相対位置調整を行うに際
して、第18B図に示すように、マウント52bに設けられた
孔52bAに内側からレーザ光LBを照射すると、マウント52
bが局部的に溶融した後に凝固し、被レーザ照射部58bに
は収縮力が作用するので、マウント52bは歪み変形す
る。マウント52bが歪み変形すると、光半導体素子40は
レンズ50に対して光軸７に垂直なX,Y軸方向にマウント5
2bの変形量に応じて変位する。その変位量はマウント52
bの歪み変形量と１対１に対応し、又、マウント52bの歪
み変形量はマウント52bの材質及び被レーザ照射部58bの
体積等に応じて決定される。従って、マウント52bの材
質として適当なSUSやコバール等を選ぶとともにレーザ
光LBの照射条件を調整することによって、光半導体素子
40とレンズ50の所望の相対位置関係を得ることができ
る。 When adjusting the relative positions of the optical semiconductor element 40 and the lens 50, as shown in FIG. 18B, when a laser beam LB is irradiated from the inside of the hole 52bA formed in the mount 52b, the mount 52
When the mount 52b is distorted and deformed, the optical semiconductor element 40 moves in the X and Y axes perpendicular to the optical axis 7 relative to the lens 50.
The displacement is proportional to the deformation of the mount 52.
The amount of distortion of the mount 52b corresponds one-to-one to the amount of distortion of the mount 52b, and is determined depending on the material of the mount 52b and the volume of the laser irradiated portion 58b. Therefore, by selecting an appropriate material such as SUS or Kovar as the material of the mount 52b and adjusting the irradiation conditions of the laser light LB, the optical semiconductor element
A desired relative positional relationship between the lens 40 and the lens 50 can be obtained.
第19A図及び第19B図は、本発明の光半導体装置の第６
実施例としての光半導体アセンブリを示す。同図中、第
14A図及び第14B図と実質的に同じ部分には同一符号を付
す。半導体レーザチップ等の光半導体素子40は、熱伝導
性の良好なCu等からなるヒートシンク60の上部に形成さ
れた凹部60aに例えば図示しないAu層を介して半田付け
固定されている。ヒートシンク60は、例えば蝋付けによ
りSUS材からなるマウント52cの上端に固定されている。
球レンズ等のレンズ50は、例えば圧入によりレンズホル
ダ54cの孔54cAに固定されており、レンズホルダ54cは、
その下端部54cBにてマウント52cと一体化されている。
そして、マウント52cには、この実施例では長方形の孔5
2cAが光軸方向Ｚに貫通している。 19A and 19B show the sixth optical semiconductor device of the present invention.
An optical semiconductor assembly is shown as an example.
14A and 14B are designated by the same reference numerals. An optical semiconductor element 40 such as a semiconductor laser chip is fixed by soldering, for example, via an Au layer (not shown), to a recess 60a formed in the upper part of a heat sink 60 made of Cu or the like, which has good thermal conductivity. The heat sink 60 is fixed to the upper end of a mount 52c made of SUS material, for example, by brazing.
The lens 50, such as a spherical lens, is fixed in a hole 54cA of the lens holder 54c by, for example, press-fitting.
Its lower end 54cB is integrated with the mount 52c.
In this embodiment, the mount 52c has a rectangular hole 5
2cA penetrates in the optical axis direction Z.
マウント52cとレンズホルダ54cの一体化をレーザ溶接
により行う場合、第19B図に矢印で示すように、概略Ｘ
方向のみにレーザ光LBを照射することによっても充分な
固定強度を得ることができる。この場合、光半導体素子
40とレンズ50の相対位置関係はＹ方向にずれることはな
く、Ｘ方向についてのみ再調整を行なえば良い。 When the mount 52c and the lens holder 54c are integrated by laser welding, as shown by the arrow in FIG. 19B, the laser beam is
Sufficient fixing strength can be obtained by irradiating the laser beam LB only in the direction.
The relative positional relationship between the lens 40 and the lens 50 does not shift in the Y direction, and it is only necessary to readjust in the X direction.
以下Ｘ方向の相対位置調整を説明する。第20A図にお
いて、光半導体素子11を−Ｘ方向に変位させようとする
場合には、マウント52cの孔52cAの四隅に設けられた被
レーザ照射部58a1〜58c4のうち、−Ｘ側で光半導体素子
40に近い被レーザ照射部58c1及び＋Ｘ側で光半導体素子
40に遠い被レーザ照射部58c3にレーザ孔LBを照射する。
こうすると、被レーザ照射部58c1の頂角Ａは、第20B図
に示すようにＡよりも小さなＡ′に変化し、被レーザ照
射部58c3の頂角Ｃも同様にこれよりも小さなＣ′に変化
するから、光半導体素子40は上記変化に応じて−Ｘ方向
にｓだけ変位する。光半導体素子40がｓ変位すると、そ
の出射ビームの方向は、第21図に示すように、XZ平面上
でｓに対応した角度θ傾斜するので、これによりアライ
メントの再調整を行うことができる。この傾斜量θは、
照射したレーザ光LBのパワー，照射時間及びスポット径
（デフォーカス量）に応じて任意に設定することができ
るので、レンズ50を介して出射された光半導体素子40か
らの放射ビーム方向を検知しながら所望の位置に光半導
体素子40を固定することができる。 The relative position adjustment in the X direction will be explained below. In Fig. 20A, when the optical semiconductor element 11 is to be displaced in the -X direction, the laser irradiation portions 58a1 to 58c4 provided at the four corners of the hole 52cA of the mount 52c are adjusted to the -X side.
The laser irradiated portion 58c1 near 40 and the optical semiconductor element on the +X side
The laser hole LB is irradiated onto the laser irradiated portion 58c3 far from 40.
In this way, the apex angle A of the laser-irradiated portion 58c1 changes to A', which is smaller than A, as shown in Figure 20B, and the apex angle C of the laser-irradiated portion 58c3 also changes to C', which is also smaller than A, so that the optical semiconductor element 40 is displaced by s in the -X direction in response to the above changes. When the optical semiconductor element 40 is displaced by s, the direction of its emitted beam is tilted by an angle θ corresponding to s on the XZ plane, as shown in Figure 21, so that the alignment can be readjusted. The amount of tilt θ is
Since the power, irradiation time, and spot diameter (defocus amount) of the irradiated laser light LB can be set arbitrarily, the optical semiconductor element 40 can be fixed at the desired position while detecting the direction of the radiation beam emitted from the optical semiconductor element 40 through the lens 50.
上記作業による光半導体素子40の変位量が大きすぎた
場合には、マウント52cの孔52cAの被レーザ照射部58c1
〜58c4のうち58c1,58c3を除く58c2,58c4にレーザ光LBを
照射することによって、全く同様の作用により光半導体
素子40を反対方向に変位させることができる。このよう
に、レーザ光LBの照射条件と光半導体素子40の変位量と
の関係が明確でない場合でも孔52cAの対角線上の隅への
レーザ光LBの照射を繰り返すことによって、光半導体素
子40の位置を最適な位置に収束させていくことができ
る。なお、レーザLBの照射により孔52cAの隅を溶融させ
ているのは、瞬時の加熱によりマウント52cを部分的に
溶融させることができるからである。 If the displacement of the optical semiconductor element 40 due to the above operation is too large, the laser irradiated portion 58c1 of the hole 52cA of the mount 52c may be displaced.
By irradiating laser beam LB onto 58c2 and 58c4, excluding 58c1 and 58c3, of holes 58cA to 58c4, the same effect can be achieved, displacing optical semiconductor element 40 in the opposite direction. In this way, even if the relationship between the irradiation conditions of laser beam LB and the displacement amount of optical semiconductor element 40 is not clear, the position of optical semiconductor element 40 can be converged to the optimal position by repeatedly irradiating diagonal corners of hole 52cA with laser beam LB. The reason the corners of hole 52cA are melted by irradiation with laser beam LB is because the instantaneous heating can partially melt mount 52c.
第22図は、本発明になる光半導体装置の第７実施例と
しての光半導体モジュールを示す。この光半導体モジュ
ールは、例えば第19A図及び第19B図に示した光半導体素
子40とレンズ50の相対位置調整を完了した光半導体アセ
ンブリを用いて構成される。光半導体アセンブリのマウ
ント52cはステム61に固定されている。ステム61には光
半導体素子40を気密封止するために、ガラス窓62aを有
するキャップ62が取付けられている。光半導体素子40に
駆動電圧を印加するために端子63が設けられている。一
方、ファイバアセンブリは、光ファイバ64をフェルール
65に挿入固定し、さらにフェルール65をフランジ66に挿
入固定し、フランジ66をレンズ67が挿入固定されたレン
ズホルダ68と一体化することによって構成されている。 Fig. 22 shows an optical semiconductor module as a seventh embodiment of the optical semiconductor device according to the present invention. This optical semiconductor module is constructed using an optical semiconductor assembly in which the relative positions of the optical semiconductor element 40 and lens 50 shown in Figs. 19A and 19B have been adjusted, for example. The mount 52c of the optical semiconductor assembly is fixed to a stem 61. A cap 62 having a glass window 62a is attached to the stem 61 to hermetically seal the optical semiconductor element 40. A terminal 63 is provided to apply a drive voltage to the optical semiconductor element 40. Meanwhile, the fiber assembly is made up of an optical fiber 64 connected to a ferrule.
The ferrule 65 is inserted and fixed into a flange 66, and the flange 66 is integrated with a lens holder 68 in which a lens 67 is inserted and fixed.
このようなモジュールにあっては、光半導体アセンブ
リ及びファイバアセンブリにおけるアライメント調整を
行って例えばそれぞれの光軸Ｚが平行になるようにして
おけば、モジュール組立段階において、各アセンブリを
光軸Ｚに垂直なX,Y方向に位置調整するだけで、容易に
高い光結合効率を得ることができる。 In such a module, if the alignment of the optical semiconductor assembly and the fiber assembly is adjusted so that, for example, their optical axes Z are parallel, high optical coupling efficiency can be easily obtained by simply adjusting the positions of each assembly in the X and Y directions perpendicular to the optical axis Z during the module assembly stage.
次に、本発明の光半導体装置の第８実施例を第23A図
及び第23B図と共に説明する。同図中、例えばステンレ
ス鋼等よりなる角柱形の基台73を、ステンレス鋼等より
なる基板79の表面に、レーザ溶接等して直立に固着して
ある。そして、基台73の上面に、光半導体素子40を搭載
した実装基板72を装着してある。 Next, an eighth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention will be described with reference to Figures 23A and 23B. In these figures, a rectangular pillar-shaped base 73 made of, for example, stainless steel is fixed upright to the surface of a substrate 79 made of, for example, stainless steel by laser welding or the like. A mounting substrate 72 carrying an optical semiconductor element 40 is attached to the upper surface of base 73.
レンズ50が光半導体素子40に近接した所定の距離で対
向するように、基板79上にほぼ枠形のレンズアセンブリ
80が設置されている。レンズアセンブリ80は、第１の水
平素子合板81,第１の垂直合板82,第２の水平素子合板8
3,第２の垂直素子合板84,及びレンズ50を貫通孔に圧入
挿着したレンズホルダ85により構成されている。なお、
それぞれの素子合板81〜84は、詳細を第24図に示すよう
に構成してある。 A substantially frame-shaped lens assembly is mounted on the substrate 79 so that the lens 50 faces the optical semiconductor element 40 at a predetermined distance in close proximity.
The lens assembly 80 is comprised of a first horizontal element plywood 81, a first vertical plywood 82, a second horizontal element plywood 83, and a
3, a second vertical element plywood 84, and a lens holder 85 in which the lens 50 is press-fitted into a through-hole.
Each of the element plyboards 81 to 84 is constructed as shown in detail in FIG.
第24図は、一例として第１の水平素子合板81を示した
もので、短冊形板81a及び短冊形板81bは例えばステンレ
ス鋼等のようにレーザ溶接容易で板厚が薄い所望に細長
い同一形状同一寸法の素子板である。 Figure 24 shows an example of the first horizontal element plywood 81, where the rectangular plates 81a and 81b are thin, elongated element plates of the same shape and dimensions that are easy to laser weld, such as stainless steel, and have a thin plate thickness.
一対の短冊形板81a,81bを重ねて、一方の端部を当接
し、他方の端部に例えば板厚が80μｍ程度のスペーサ91
を挟み、その状態で、当接面Ｐをレーザ溶接して固着し
て密着端としてある。その後、スペーサ91を抜去して、
密着端とは反対側の端部を80μｍ前後の間隙がある開口
端90としている。この素子合板81は、対向面を被レーザ
照射部（又は）Ｑで示す位置でレーザ溶接すると、被レ
ーザ照射部Ｑが収縮して、開口端90の双方の端部が近接
する。なお、この溶接点となる被レーザ照射部Ｑが開口
端90に近づく程、開口端90の間隙が小さくなる。初期間
隙が80μｍ程度の場合、開口端90の間隙の調整範囲は10
〜70μｍである。 A pair of rectangular plates 81a and 81b are stacked on top of each other, one end of which is in contact with the other end of which is provided with a spacer 91 having a thickness of, for example, about 80 μm.
The contact surface P is then laser welded to form a tightly contacted end.
The end opposite the tightly-fitted end is an open end 90 with a gap of about 80 μm. When the opposing surfaces of this element plywood 81 are laser welded at the position indicated by the laser irradiated portion (or) Q, the laser irradiated portion Q shrinks and both ends of the open end 90 become closer. Note that the closer the laser irradiated portion Q, which is the welding point, is to the open end 90, the smaller the gap at the open end 90 becomes. When the initial gap is about 80 μm, the adjustment range of the gap at the open end 90 is 10
~70 μm.
このような素子合板を用いて、それぞれの長さがほぼ
等しい３個の第１の水平素子合板81,第１の垂直素子合
板82,第２の水平素子合板83と第１の垂直素子合板82の
ほぼ半分の長さの第２の垂直素子合板84を設け、第23A
図にように組み立てている。 Using such element plywoods, three elements, a first horizontal element plywood 81, a first vertical element plywood 82, a second horizontal element plywood 83, and a second vertical element plywood 84, each of which has approximately the same length, are provided, and the length of the first vertical element plywood 82 is approximately half that of the first vertical element plywood 82.
Assembled as shown in the diagram.
第23A図において、第１の水平素子合板81の一方の短
冊形板81aの外側面を基板79に密着してレーザ溶接する
ことにより第１の水平素子合板81を基板79に固着し、第
１の水平素子合板81の開口端90側の短冊形板81bの側面
に第１の垂直素子合板82の密着端をレーザ溶接すること
により第１の垂直素子合板82を第１の水平素子合板81に
垂直に、即ち基板79に垂直になるように固着している。
そして、第１の垂直素子合板82の開口端90側の短冊形板
82bの側面に第２の水平素子合板83の密着端をレーザ溶
接することにより第２の水平素子合板83を第１の垂直素
子合板82に垂直に、即ち第１の水平素子合板81に対向し
基板79に平行するように固着している。また、第２の水
平素子合板83の下側の短冊形板83bの側面の開口端90部
分に第２の垂直素子合板84の密着端をレーザ溶接するこ
とにより第２の垂直素子合板84を第２の水平素子合板83
に垂直に下方に、即ち第１の垂直素子合板82に平行する
ように固着している。 In Figure 23A, the outer surface of one of the rectangular plates 81a of the first horizontal element plywood 81 is tightly attached to the base plate 79 by laser welding, and the tightly attached end of the first vertical element plywood 82 is laser welded to the side of the rectangular plate 81b on the opening end 90 side of the first horizontal element plywood 81, so that the first vertical element plywood 82 is fixed perpendicular to the first horizontal element plywood 81, i.e., perpendicular to the base plate 79.
The rectangular plate on the opening end 90 side of the first vertical element plywood 82
The second horizontal element plywood 83 is fixed perpendicularly to the first vertical element plywood 82, i.e., facing the first horizontal element plywood 81 and parallel to the base plate 79, by laser welding the contact end of the second horizontal element plywood 83 to the side of the lower rectangular plate 83b of the second horizontal element plywood 83. Also, the second vertical element plywood 84 is fixed to the second horizontal element plywood 83 by laser welding the contact end of the second vertical element plywood 84 to the opening edge 90 of the side of the lower rectangular plate 83b of the second horizontal element plywood 83.
8. The first vertical element is fixed vertically downward, i.e., parallel to the first vertical element plywood 82.
ステンレス鋼よりなる平面視Ｌ形のレンズホルダ85に
は、レンズアセンブリ80を配置した際に光半導体素子40
に対向する位置に貫通孔を設け、その貫通孔にレンズ50
を圧入・挿着してある。レンズ50の光軸Ｚが４個の素子
合板81〜84の枠内を水平に貫通するように、レンズホル
ダ85を第２の垂直素子合板84の一方の短冊形板84bの開
口端90側の側面にレーザ溶接して固着している。上述の
ように構成したレンズアセンブリ80を、レンズ50が基台
73上に設置した光半導体素子40に対向するように基板79
にレーザ溶接して設置する。 The lens holder 85 is made of stainless steel and has an L-shape in plan view. When the lens assembly 80 is placed in the lens holder 85, the optical semiconductor element 40 is held in place.
A through hole is provided at a position facing the lens 50.
The lens holder 85 is fixed by laser welding to the side of the opening end 90 side of one rectangular plate 84b of the second vertical element plywood 84 so that the optical axis Z of the lens 50 passes horizontally through the frame of the four element plywoods 81 to 84. The lens assembly 80 configured as described above is fixed to the base 82 of which the lens 50 is mounted.
The substrate 79 is placed opposite the optical semiconductor element 40 on the substrate 73.
It is installed by laser welding.
光半導体素子40が半導体レーザの場合には、レンズ50
を透過した光パワーを、光パワーメータやテレビカメラ
等で測定しながらレンズアセンブリ80を前後左右に移動
し、光パワーが最大の位置で第１の水平素子合板81の下
側の短冊形板81aの全周縁を基板79にレーザ溶接して固
着する。 When the optical semiconductor element 40 is a semiconductor laser, the lens 50
The optical power transmitted through the first horizontal element plywood 81 is measured with an optical power meter, a television camera, or the like while the lens assembly 80 is moved back and forth and left and right, and when the optical power is at its maximum, the entire peripheral edge of the lower rectangular plate 81a of the first horizontal element plywood 81 is laser welded to the substrate 79.
他方、光半導体素子40が受光素子の場合には、集束レ
ンズ50で、集光されて受光面に投射された光の光電流が
最大になるように、レンズアセンブリ80を移動し、第１
の水平素子合板81の短冊形板81aを基板79にレーザ溶接
して固着する。 On the other hand, when the optical semiconductor element 40 is a light receiving element, the lens assembly 80 is moved so that the photocurrent of the light that is collected by the collecting lens 50 and projected onto the light receiving surface is maximized.
The rectangular plates 81a of the horizontal element plywood 81 are fixed to the base plate 79 by laser welding.
なお、レンズアセンブリ80を基板79にレーザ溶接した
後は、溶接部の熱歪によりレンズ50が設定位置から微小
にずれている。このために、光パワー或いは光電流をモ
ニターしながら、それぞれの素子合板81〜84の開口端90
を試みに手で閉じることにより光軸のずれている方向を
確認し、その後、選択した素子合板の短冊形板の対向面
をレーザ溶接してレンズ50と光半導体素子40との左右・
上下の関係位置を、微細調整する。 After the lens assembly 80 is laser-welded to the substrate 79, the lens 50 is slightly displaced from its set position due to thermal distortion of the welded portion.
The direction of the optical axis deviation is confirmed by manually closing the lens 50 and the optical semiconductor element 40. Then, the opposing surfaces of the rectangular plates of the selected element plywood are laser welded to each other.
Finely adjust the relative positions of the top and bottom.
例えば、第１の水平素子合板81の短冊形板81aと短冊
形板81bとの対向面を被レーザ照射部Ｑでレーザ溶接す
ると、レンズ50が矢印Y2のように下方に微小に移動す
る。また、第１の垂直素子合板82の短冊形板82aと短冊
形板82bとの対向面を被レーザ照射部Ｑでレーザ溶接す
ると、レンズ50が矢印X2のように水平方向に微小に移動
する。 For example, when the opposing surfaces of rectangular plates 81a and 81b of first horizontal element plywood 81 are laser welded at laser irradiated portion Q, lens 50 moves slightly downward as indicated by arrow Y2 . Also, when the opposing surfaces of rectangular plates 82a and 82b of first vertical element plywood 82 are laser welded at laser irradiated portion Q, lens 50 moves slightly horizontally as indicated by arrow X2 .
第２の水平素子合板83の短冊形板83aと短冊形板83bと
の対向面を被レーザ照射部Ｑでレーザ溶接すると、レン
ズ50が矢印Y1のように上方に微小に移動する。更に、第
２の垂直素子合板84の短冊形板84aと短冊形板84bとの対
向面を被レーザ照射部Ｑでレーザ溶接すると、レンズ50
が矢印X1のように水平方向に微小に移動する。即ち、レ
ンズ50を左右・上下に（光軸Ｚに対して垂直方向）に微
小に調整移動することができる。 When the opposing surfaces of the rectangular plates 83a and 83b of the second horizontal element plywood 83 are laser welded at the laser irradiated portion Q, the lens 50 moves slightly upward as shown by the arrow Y1 . Furthermore, when the opposing surfaces of the rectangular plates 84a and 84b of the second vertical element plywood 84 are laser welded at the laser irradiated portion Q, the lens 50 moves slightly upward as shown by the arrow Y1.
moves slightly in the horizontal direction as indicated by arrow X1 . That is, the lens 50 can be adjusted slightly left and right and up and down (in directions perpendicular to the optical axis Z).
次に、本発明の光半導体装置の第９実施例としての光
半導体パッケージ構造について第25図と共に説明する。
本実施例においては、光半導体アセンブリがパッケージ
化されている。同図中、光半導体素子としてのレーザダ
イオードチップ40はチップキャリア60に搭載されてお
り、チップキャリア60は例えばSUSから形成されたマウ
ント52dに半田付けにより固定されている。レンズホル
ダ54dは、その中心部に嵌合穴54dAが形成され外周部に
ネジ山が形成されている。嵌合穴54dA内にはレンズ50が
圧入されている。レンズホルダ54dは支持部材100に螺合
されており、この構造によりレンズ50のＺ軸方向の調整
が可能となっている。レンズホルダ54d及び支持部材100
はSUSから形成されている。レーザダイオードチップ40
に対するレンズ50のＸ軸方向及びＹ軸方向の相対位置を
調整した後、支持部材100を治具で押さえながらヤグレ
ーザを使用してマウント52dにレーザ溶解固定する。こ
れにより、レーザダイオードチップ40とレンズ50を一体
的に固定した光半導体アセンブリ110が得られる。 Next, an optical semiconductor package structure as a ninth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, an optical semiconductor assembly is packaged. In the figure, a laser diode chip 40 as an optical semiconductor element is mounted on a chip carrier 60, and the chip carrier 60 is fixed by soldering to a mount 52d made of, for example, SUS. A fitting hole 54dA is formed in the center of the lens holder 54d, and a screw thread is formed on the outer periphery. The lens 50 is press-fitted into the fitting hole 54dA. The lens holder 54d is screwed into a support member 100, and this structure allows adjustment of the lens 50 in the Z-axis direction. The lens holder 54d and the support member 100
The laser diode chip 40 is made of SUS.
After adjusting the relative position of the lens 50 in the X-axis and Y-axis directions with respect to the support member 100, the support member 100 is held down with a jig and laser-melted and fixed to the mount 52d using a YAG laser, thereby obtaining an optical semiconductor assembly 110 in which the laser diode chip 40 and the lens 50 are integrally fixed.
光半導体アセンブリ100をパッケージ化するには、メ
タライズされたペルチェ素子102のセラミック基板104を
マウント52dに半田付けにより固定する。ペルチェ素子1
02は、更にそのセラミック基板106をメタライズした後
に例えばコバール等からなるガラス端子基板108に半田
付けにより固定される。レーザダイオードチップ10及び
ペルチェ素子102に駆動電流を供給するために端子109が
設けられている。その後、例えばコバールから形成され
たキャップ116をガラス端子基盤108に抵抗溶接してパッ
ケージ化する。キャップ116の内部には、例えば窒素ガ
ス等の不活性ガスが封入されており、レーザダイオード
チップ40が湿気に晒されないようになっている。このよ
うにパッケージ化された後に、この光半導体パッケージ
に対して、アニールが行なわれる。キャップ116の中央
部には、従来構造と同様にビーム出射用のガラス窓114
が設けられており、このガラス窓114を取り巻くように
４個のレーザ照射用のガラス窓118が第26図に示す如く
設けられている。これらのガラス窓114,118は、例えば
サファイヤガラスの表裏に無反射コーティングを施し、
ろう付けによりキャップ116に取り付けられる。ガラス
窓114,118は、レーザダイオードチップ40の出射光及び
ヤグレーザに対して充分透明である。 To package the optical semiconductor assembly 100, the ceramic substrate 104 of the metallized Peltier element 102 is soldered to the mount 52d.
The laser diode chip 102 is then metallized on the ceramic substrate 106, and then fixed by soldering to a glass terminal substrate 108 made of, for example, Kovar. Terminals 109 are provided to supply drive current to the laser diode chip 10 and the Peltier element 102. Then, a cap 116 made of, for example, Kovar is resistance-welded to the glass terminal substrate 108 to complete the package. An inert gas, for example, nitrogen gas, is sealed inside the cap 116 to prevent the laser diode chip 40 from being exposed to moisture. After packaging in this manner, the optical semiconductor package is annealed. A glass window 114 for beam emission is provided in the center of the cap 116, as in the conventional structure.
The glass window 114 is provided with four glass windows 118 for laser irradiation, as shown in Fig. 26. These glass windows 114 and 118 are made of, for example, sapphire glass with anti-reflection coating on both sides.
It is attached to the cap 116 by brazing. The glass windows 114, 118 are sufficiently transparent to the light emitted from the laser diode chip 40 and the YAG laser.
このように組み立てられた光半導体パッケージは、各
部材の交差及びアニール時の熱応力等によりパッケージ
組立後の出射角は、レーザダイオードチップ40とレンズ
50とを仮固定したときの出射角よりも大きくなってしま
い、希望の出射光の角度からのオフセット量が大きくな
ってしまう。そこで、キャップ116に設けられた４つの
ガラス窓118より第25図にLBで示すようにヤグレーザを
被レーザ照射部120に照射して、支持部材100をマウント
52d上で微妙に移動させることにより、パッケージから
の出射光を補正して希望の角度に調整する。なお、位置
調整時のレーザパワーは、被レーザ照射部120を溶かし
て支持部材100を移動させる必要があるから、仮固定時
のレーザパワーよりも一般的に大きなレーザパワーを使
用する必要がある。 In the optical semiconductor package assembled in this manner, the output angle after the package is assembled varies depending on the laser diode chip 40 and the lens due to the intersection of the various components and thermal stress during annealing.
25, the YAG laser is irradiated onto the laser irradiated portion 120 from four glass windows 118 provided in the cap 116 as shown by LB in FIG.
By slightly moving it on 52d, the light emitted from the package is corrected and adjusted to the desired angle. Note that, since the laser power used for position adjustment is required to melt the laser irradiated portion 120 and move the support member 100, it is generally necessary to use a laser power greater than the laser power used for temporary fixation.
なお、第25図においてパッケージ化される光半導体ア
センブリは光半導体アセンブリ110に限定されるもので
はなく、例えば上記各実施例における光半導体アセンブ
リをパッケージ化しても良いことは言うまでもない。た
だし、この場合、キャップ116には被レーザ照射部に対
してレーザ照射が可能な位置にレーザ照射用の窓を設け
る必要がある。従って、光半導体アセンブリに設けられ
た被レーザ照射部の位置に応じてキャップ116のレーザ
照射用の窓を設ければ良い。 25 is not limited to optical semiconductor assembly 110, and it goes without saying that the optical semiconductor assemblies in the above-described embodiments may be packaged. In this case, however, it is necessary to provide a window for laser irradiation in cap 116 at a position where the laser can be irradiated onto the laser-irradiated portion. Therefore, it is sufficient to provide a window for laser irradiation in cap 116 according to the position of the laser-irradiated portion provided on the optical semiconductor assembly.
第27図はキャップの第１変形例を示す。同図中、キャ
ップ116aのビーム出射用のガラス窓114aはレーザ照射用
のガラス窓と兼用される。 27 shows a first modified example of the cap, in which the glass window 114a for beam emission of the cap 116a is also used as the glass window for laser irradiation.
第28図はキャップの第２変形例を示す。同図中、レー
ザ照射用のガラス窓118bはキャップ116bの側面に設けら
れている。 28 shows a second modified example of the cap, in which a glass window 118b for laser irradiation is provided on the side of the cap 116b.
なお、キャップに設けられるレーザ照射用の窓の数及
び形状は実施例及び変形例のものに限定されないことは
言うまでもない。 It goes without saying that the number and shape of the laser irradiation windows provided in the cap are not limited to those in the embodiment and modified examples.
更に、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内で種々の変形が可能である。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible within the scope of the present invention.
産業上の利用可能性
上述の如く、本発明の光半導体装置及びその製造方法
によれば光半導体素子とレンズとの相対位置を任意の方
向へ微調整することができるので、実用的には極めて有
用である。INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the optical semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention make it possible to finely adjust the relative position between the optical semiconductor element and the lens in any direction, and are therefore extremely useful in practice.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願昭63−197225 (32)優先日 昭63(1988)８月９日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願昭63−208132 (32)優先日 昭63(1988)８月24日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） ────────────────────────────────────────────────────── Continued from the front page (31) Priority Number: Patent Application No. 197225 (Showa 63-197225) (32) Priority Date: August 9, 1988 (Showa 63) (33) Priority Country: Japan (JP) (31) Priority Number: Patent Application No. 208132 (Showa 63-208132) (32) Priority Date: August 24, 1988 (Showa 63) (33) Priority Country: Japan (JP)
Claims (18)
導体素子から放射された光のビーム形状を変換するレン
ズを保持すると共に該マウントに固定されたレンズホル
ダと、少なくとも該マウント及び該レンズホルダの一方
に設けられた一又は複数の被レーザ照射部とからなり、
該被レーザ照射部はレーザ照射により溶融固化する際に
光半導体素子及びレンズの相対位置を調整し得る位置に
設けられたことを特徴とする光半導体装置。[Claim 1] A laser beam irradiation device comprising: a mount for holding an optical semiconductor element; a lens holder for holding a lens for converting the beam shape of light emitted from the optical semiconductor element and fixed to the mount; and one or more laser irradiation portions provided on at least one of the mount and the lens holder,
The optical semiconductor device is characterized in that the laser irradiated portion is provided at a position where the relative positions of the optical semiconductor element and the lens can be adjusted when the laser irradiated portion is melted and solidified by the laser irradiation.
成された引き起し部にレンズを保持し、該被レーザ照射
部は前記スリットの根本部に設けられ、該被レーザ照射
部はレーザ照射により溶融固化する際に光半導体素子及
びレンズの相対位置をこれらの光軸方向へ調整すること
を特徴とする請求の範囲第１項記載の光半導体装置。[Claim 2] The optical semiconductor device described in claim 1, characterized in that the lens holder holds the lens in a raised portion formed by a pair of slits, the laser irradiated portion is provided at the base of the slits, and the laser irradiated portion adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in the direction of their optical axis when melted and solidified by laser irradiation.
する請求の範囲第１項記載の光半導体装置。3. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the laser irradiated portion is a groove.
けられており、該溝のレーザ照射により溶融固化する際
に光半導体素子及びレンズの相対位置をこれらの光軸方
向へ調整することを特徴とする請求の範囲第３項記載の
光半導体装置。[Claim 4] The optical semiconductor device described in claim 3, characterized in that the groove is approximately V-shaped and provided in the lens holder, and when the groove is melted and solidified by laser irradiation, the relative positions of the optical semiconductor element and the lens are adjusted in the direction of their optical axis.
の一方に設けられた角を有する形状の孔を更に有し、該
被レーザ照射部は該孔の任意の角部に設けられ、該被レ
ーザ照射部はレーザ照射により溶融固化する際に光半導
体素子及びレンズの相対位置をこれらの光軸と直交する
方向へ調整することを特徴とする請求の範囲第１項記載
の光半導体装置。[Claim 5] An optical semiconductor device as described in claim 1, further comprising a cornered hole provided in at least one of the mount and the lens holder, the laser irradiated portion being provided at any corner of the hole, and the laser irradiated portion adjusting the relative positions of the optical semiconductor element and lens in a direction perpendicular to their optical axes when melted and solidified by laser irradiation.
なす短冊形板対が複数接続されてなり、前記レンズは任
意の短冊形板対の一方に固定され、該被レーザ照射部は
各短冊形板対の基部に設けられ、該被レーザ照射部はレ
ーザ照射により溶融固化する際に光半導体素子及びレン
ズの相対位置をこれらの光軸と直交する方向へ調整する
ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の光半導体装
置。[Claim 6] The optical semiconductor device described in claim 1, characterized in that the lens holder is composed of a plurality of pairs of rectangular plates connected at their bases to form an approximately V shape, the lens is fixed to one of any pair of rectangular plates, the laser irradiated portion is provided at the base of each pair of rectangular plates, and the laser irradiated portion adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in a direction perpendicular to their optical axes when melted and solidified by laser irradiation.
ィングするパッケージ構造を更に有し、該パッケージ構
造は該被レーザ照射部と対応する部分にレーザ照射用の
窓を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載の光
半導体装置。7. An optical semiconductor device according to claim 1, further comprising a package structure for shielding the mount and the lens holder, the package structure having a window for laser irradiation in a portion corresponding to the laser irradiated portion.
放射される光ビーム出射用の窓と兼用されることを特徴
とする請求の範囲第７項記載の光半導体装置。8. The optical semiconductor device according to claim 7, wherein the window for laser irradiation also serves as a window for emitting a light beam emitted from the optical semiconductor element.
体素子から放射された光ビームの形状を変換するレンズ
を保持するレンズホルダに固定する第１のステップと、
少なくとも該マウント及び該レンズホルダの一方に設け
られた一又は複数の被レーザ照射部に対してレーザ照射
を行ない積極的に光半導体素子及びレンズの相対位置を
任意の方向へ調整する第２のステップとを含むことを特
徴とする光半導体装置の製造方法。9. A method for manufacturing a semiconductor laser device, comprising: a first step of fixing a mount for holding an optical semiconductor element to a lens holder for holding a lens for converting the shape of a light beam emitted from the optical semiconductor element;
and a second step of irradiating one or more laser-irradiated portions provided on at least one of the mount and the lens holder with laser to actively adjust the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in any direction.
ンズの相対位置をこれらの光軸と直交する方向へ調整し
て該レンズホルダをレーザ溶接により該マウントに固定
し、該第２のステップは該被レーザ照射部のレーザ照射
により光半導体素子及びレンズの相対位置を前記光軸方
向へ調整することを特徴とする請求の範囲第９項記載の
光半導体装置の製造方法。[Claim 10] A method for manufacturing an optical semiconductor device as described in claim 9, characterized in that the first step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in a direction perpendicular to their optical axis and fixes the lens holder to the mount by laser welding, and the second step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in the direction of the optical axis by laser irradiation of the laser-irradiated portion.
ンズの相対位置をこれらの光軸方向へ調整して該レンズ
ホルダをレーザ溶接により該マウントに固定し、該第２
のステップは該被レーザ照射部のレーザ照射により光半
導体素子及びレンズの相対位置を前記光軸方向と直交す
る方向へ調整することを特徴とする請求の範囲第９項記
載の光半導体装置の製造方法。11. The method of claim 1, wherein the first step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in the direction of their optical axes and fixes the lens holder to the mount by laser welding, and the second step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in the direction of their optical axes and fixes the lens holder to the mount by laser welding.
10. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 9, wherein the step (a) adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in a direction perpendicular to the optical axis direction by irradiating the laser beam onto the laser-irradiated portion.
形成された引き起し部にレンズを保持し、該被レーザ照
射部は前記スリットの根本部に設けられ、該第１のステ
ップは光半導体素子及びレンズの相対位置をこれらの光
軸と直交する方向へ調整して該レンズホルダをレーザ溶
接により該マウントに固定し、該第２のステップは該被
レーザ照射部のレーザ照射により光半導体素子及びレン
ズの相対位置を前記光軸方向へ調整することを特徴とす
る請求の範囲第９項記載の光半導体装置の製造方法。[Claim 12] A method for manufacturing an optical semiconductor device as described in claim 9, characterized in that the lens holder holds a lens in a raised portion formed by a pair of slits, the laser irradiated portion is provided at the base of the slits, the first step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in a direction perpendicular to their optical axes and fixes the lens holder to the mount by laser welding, and the second step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in the direction of the optical axis by laser irradiation of the laser irradiated portion.
けられた溝であり、該第２のステップは該溝のレーザ照
射により光半導体素子及びレンズの相対位置をこれらの
光軸方向へ調整することを特徴とする請求の範囲第９項
記載の光半導体装置の製造方法。[Claim 13] A method for manufacturing an optical semiconductor device as described in claim 9, characterized in that the laser irradiated portion is a groove provided in the lens holder, and the second step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in their optical axis direction by irradiating the groove with laser.
ダの一方には角を有する形状の孔が形成されており、該
被レーザ照射部は該孔の任意の角部に設けられており、
該第２のステップは該被レーザ照射部のレーザ照射によ
り光半導体素子及びレンズの相対位置をこれらの光軸と
直交する方向へ調整することを特徴とする請求の範囲第
９項記載の光半導体装置の製造方法。14. A hole having a cornered shape is formed in at least one of the mount and the lens holder, and the laser irradiated portion is provided at any corner of the hole,
10. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 9, wherein the second step adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in a direction perpendicular to their optical axes by irradiating the laser-irradiated portion with laser.
をなす短冊形板対が複数接続されてなり、前記レンズは
任意の短冊形板対の一方に固定されており、該被レーザ
照射部は各短冊形板対の基部に設けられており、該第２
のステップは該被レーザ照射部のレーザ照射により光半
導体素子及びレンズの相対位置をこれらの光軸と直交す
る方向へ調整することを特徴とする請求の範囲第９項記
載の光半導体装置の製造方法。15. The lens holder is made up of a plurality of pairs of rectangular plates connected at their bases to form a substantially V-shape, the lens being fixed to one of any pair of rectangular plates, the laser irradiation portion being provided at the base of each pair of rectangular plates, and the second
10. The method for manufacturing an optical semiconductor device according to claim 9, wherein the step (a) adjusts the relative positions of the optical semiconductor element and the lens in a direction perpendicular to their optical axes by irradiating the laser beam onto the laser-irradiated portion.
ンズホルダをシールディングするパッケージ構造に納め
るサブステップを含むことを特徴とする請求の範囲第９
項から第15項のうちいずれか一項記載の光半導体装置の
製造方法。16. The method of claim 9, wherein said first step includes the substep of enclosing said mount and said lens holder in a shielding package structure.
16. A method for manufacturing an optical semiconductor device according to any one of items 1 to 15.
対応する部分にレーザ照射用の窓を有し、該第２のステ
ップは前記レーザ照射用の窓を介して該被レーザ照射部
のレーザ照射を行なうことを特徴とする請求の範囲第16
項記載の光半導体装置の製造方法。17. The package structure according to claim 16, wherein the package structure has a window for laser irradiation in a portion corresponding to the laser irradiation portion, and the second step is characterized in that the laser irradiation is performed on the laser irradiation portion through the window for laser irradiation.
Item 1. A method for manufacturing the optical semiconductor device described in item 1.
射される光ビーム出射用の窓を有し、該第２のステップ
は前記光ビーム出射用の窓を介して該被レーザ照射部の
レーザ照射を行なうことを特徴とする請求の範囲第16項
記載の光半導体装置の製造方法。[Claim 18] A method for manufacturing an optical semiconductor device as described in claim 16, characterized in that the package structure has a window for emitting a light beam emitted from the optical semiconductor element, and the second step involves irradiating the laser-irradiated portion with laser light through the window for emitting the light beam.
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| JP1-503488A JPH0810289B2 (en) | 1988-03-22 | 1989-03-22 | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
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| JP6785788 | 1988-03-22 | ||
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| JP63-72642 | 1988-03-25 | ||
| JP16635688 | 1988-07-04 | ||
| JP63-166356 | 1988-07-04 | ||
| JP63-197225 | 1988-08-09 | ||
| JP19722588 | 1988-08-09 | ||
| JP63-208132 | 1988-08-24 | ||
| JP20813288 | 1988-08-24 | ||
| JP1-503488A JPH0810289B2 (en) | 1988-03-22 | 1989-03-22 | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO1989009421A1 JPWO1989009421A1 (en) | 1990-03-01 |
| JPH0810289B1 JPH0810289B1 (en) | 1996-01-31 |
| JPH0810289B2 true JPH0810289B2 (en) | 1996-01-31 |
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ID=27551081
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP1-503488A Expired - Lifetime JPH0810289B2 (en) | 1988-03-22 | 1989-03-22 | Optical semiconductor device and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62122292A (en) * | 1985-11-22 | 1987-06-03 | Hitachi Tobu Semiconductor Ltd | optoelectronic device |
| JPH0627886B2 (en) * | 1986-02-14 | 1994-04-13 | 松下電器産業株式会社 | Receiving and emitting module |
-
1989
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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