JPH06308358A

JPH06308358A - 半導体レーザモジュール

Info

Publication number: JPH06308358A
Application number: JP9472993A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Furukawa; 博之古川; Tatsuro Kunikane; 達郎國兼; Tetsuo Watanabe; 哲夫渡邉; Sadayuki Miyata; 定之宮田; Yoshimitsu Sakai; 喜充酒井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体レーザアレイをパッケージに封止し、
パッケージの外側に取着する光ファイバアレイと半導体
レーザアレイとが光結合されてなる半導体レーザモジュ
ールに関し、基台に搭載時の光結合損失増加、及び周囲
温度の変化に起因する光結合損失増加が、抑制されるこ
とを目的とする。【構成】半導体レーザアレイ１とレンズアレイ２とを
金属ブロック50に搭載してＬＤアセンブリを構成し、Ｌ
Ｄアセンブリを側壁11に窓15を有するパッケージ10に収
容封止し、側壁11の外側に取着する光ファイバアレイ20
とＬＤアセンブリとが光結合されてなる半導体レーザモ
ジュールにおいて、パッケージ10の側壁11の内側面に金
属ブロック50がレーザー溶接されてなる構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザアレイを
パッケージに封止し、パッケージの外側に取着する光フ
ァイバアレイと半導体レーザアレイとが光結合されてな
る半導体レーザモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来例の側断面図、図７は従来例
の要所断面図、図８は他の従来例の要所断面図である。

【０００３】図６，図７において、１は所望数の半導体
レーザが横一列に並列した半導体レーザアレイ、２はそ
れぞれの半導体レーザに対応してレンズ部が横一列に並
列したレンズアレイである。

【０００４】レンズアレイ２は、詳細を図５に図示した
ように、低融点ガラスを用いて金属材（例えばステンレ
ス鋼，鉄・ニッケル・コバルト合金等）よりなる窓枠形
のレンズホルダ３に、埋め込まれるように接着されてい
る。

【０００５】５は、例えば鉄・ニッケル・コバルト合金
（商品名コバール）等よりなる、ほぼ直方体状の金属ブ
ロックである。金属ブロック５の上平面に半導体レーザ
アレイ１を搭載し、半導体レーザアレイ１の出射面に近
接して、レンズアレイ２を金属ブロック５の側面欠切部
に搭載している。

【０００６】また、レンズアレイ２とは反対側の金属ブ
ロック５の上部に、表面に半導体レーザ数に等しいパタ
ーンが形成された、窒化アルミ等の回路板４を搭載し、
半導体レーザアレイ１のそれぞれの電極と、回路板４の
対応するパターンとを、金線等をワイヤボンディングし
て接続している。

【０００７】上述のように、半導体レーザアレイ１、レ
ンズアレイ２及び回路板４を金属ブロック５に搭載する
ことで、ＬＤアセンブリが構成されている。10は、銅・
タングステン合金等からなる上方が開口した箱形のパッ
ケージである。パッケージ10の選択した側壁11に角形の
窓用孔を設け、この窓用孔にサファイヤ等を埋め込み封
止して窓15としている。

【０００８】20は、所望数の光ファイバ22をフェルール
21に、レンズアレイ２のレンズ部の配列ピッチに等しい
ピッチで横一列に配列した光ファイバアレイであって、
フェルール21の入射端面側をスリーブ25に挿入固着して
いる。

【０００９】レンズアレイ２が窓15に対向するように、
ＬＤアセンブリをパッケージ10に収容し、金属ブロック
５の底面を底板12に半田付け（半田７）して固着してい
る。一般に金属ブロック等の小物体の固着手段として
は、半田付けよりもレーザー溶接の方が固着の信頼度も
高く又固着時間も短い。

【００１０】しかし、パッケージの側壁がレーザー照射
の障害となるので、金属ブロックの底面の外周縁を底板
にレーザー溶接することができない。よって従来は止む
を得ず上述のように金属ブロック５を底板12に半田付け
している。

【００１１】また, ＬＤアセンブリの後方即ち回路板４
側の底板12上に、駆動回路基板６を搭載している。そし
て、駆動回路基板６の所望のリードパターンと回路板４
の対応するパターンとを金線等をワイヤボンディングし
て接続して、それぞれの半導体レーザが光信号を出射す
るようにしている。

【００１２】なお、側壁11または底板12を気密に貫通す
る入力端子（図示省略）を設け、入力端子と駆動回路基
板６の入力パターンとを接続している。また、パッケー
ジ10の開口部に蓋を接着して、ＬＤアセンブリ，駆動回
路基板６等を封止している。

【００１３】スリーブ25の端面を、側壁11の外側面の窓
15に対応する位置に当接し、スリーブ25を微細に移動し
て半導体レーザと光ファイバとの光結合調整作業を実施
後、スリーブ25を側壁11にレーザー溶接して固着してい
る。

【００１４】そして、パッケージ10の外側に設けた鰭部
にボルト13を差込み、基台９のねじ孔に螺着すること
で、パッケージ10の底板12の裏面を基台９の上面に密着
させて、パッケージ10を基台９に固着している。

【００１５】図８に示すパッケージ10A は、サファイヤ
を埋め込んだ窓15の気密性が、熱により低下しないよう
に、枠形の側壁11A の材料をサファイヤの熱膨張係数に
ほぼ等しい鉄・ニッケル・コバルト合金として、側壁11
A と底板12とをろー付け（ろー材８）て固着したのであ
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基台の
上面が平坦でない場合に、側壁と底板とが一体に切削加
工或いはダイキャスト成形されてなるパッケージを基台
にねじ止めして搭載すると、図７に図示したようにパッ
ケージの底板が基台の上面に密着する結果、底板が変形
して、半導体レーザアレイの光軸と光ファイバアレイの
光軸が一致しなくなり、結合損失が増加するという問題
点があった。

【００１７】一方、底板に別の金属材からなる側壁をろ
ー付けしたパッケージは、底板と側壁の熱膨張係数が異
なることに起因して、周囲温度が変化すると図８に図示
したように側壁が反って、半導体レーザアレイの光軸と
光ファイバアレイの光軸が一致しなくなり、結合損失が
増加するという問題点があった。

【００１８】また、パッケージには側壁があるので、金
属ブロックを底板にレーザー溶接することが困難であ
る。したがって従来は図６〜図８に図示したように金属
ブロックを底板の表面に半田付けしていた。このことに
よりＬＤアセンブリの温度が、半田の溶融点近くまで上
昇すると、半田が軟化して金属ブロックが移動して結合
損失が増加するという問題点があった。

【００１９】本発明はこのような点に鑑みて創作された
もので、基台に搭載時の光結合損失増加、及び周囲温度
の変化に起因する光結合損失増加が、抑制された半導体
レーザモジュールを提供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、図１に図示したように半導体レーザアレ
イ１とレンズアレイ２とを金属ブロック50に搭載してＬ
Ｄアセンブリを構成し、ＬＤアセンブリを側壁11に窓15
を有するパッケージ10に収容封止し、側壁11の外側に取
着する光ファイバアレイ20とＬＤアセンブリとが光結合
されてなる半導体レーザモジュールにおいて、パッケー
ジ10の側壁11の内側面に、金属ブロック50がレーザー溶
接された構成とする。

【００２１】又は図３に例示したように、半導体レーザ
アレイ１とレンズアレイ２とを金属ブロック50に搭載し
てＬＤアセンブリを構成し、ＬＤアセンブリを側壁部に
窓15を有するパッケージ10A に収容封止し、側壁の外側
に取着する光ファイバアレイ20とＬＤアセンブリとが光
結合されてなる半導体レーザモジュールにおいて、パッ
ケージ10A の側壁11A の孔を気密に貫通するよう板部材
30がレーザー溶接され、板部材30に窓15が設けられ、板
部材30の内側面に金属ブロック50がレーザー溶接され、
板部材30の外側面に光ファイバアレイ20がレーザー溶接
された構成とする。

【００２２】或いは図４に例示したように、金属ブロッ
ク50A が、中央突部にＵ溝を有する正面視形状が凸形
で、Ｕ溝の底部分に半導体レーザアレイ１及びレンズア
レイ２が搭載され、金属ブロック50A の上辺部分が側壁
11の内側面又は側壁に取着した板部材30の内側面にレー
ザー溶接された構成とする。

【００２３】

【作用】請求項１記載の本発明によれば、ＬＤアセンブ
リ及び光ファイバアレイがともに同一の側壁の内外の両
面に対向してレーザー溶接されており、請求項２記載の
本発明によれば、ＬＤアセンブリ及び光ファイバアレイ
がともに側壁に取着した板部材の内外の両面に対向して
レーザー溶接されている。

【００２４】したがって、パッケージを搭載する基台の
表面にひずみがあり、基台にパッケージを搭載してパッ
ケージの底板が変形しても、光結合損失が増加すること
が殆どない。

【００２５】また、周囲温度が変化しても光結合損失が
増加することが殆どない。さらにまた、金属ブロックは
側壁又は側壁に取着した板部材にレーザー溶接されてい
るので、半田付け接着したものに較べて、ＬＤアセンブ
リの温度が上昇しても接合の信頼度が低下する恐れがな
い。

【００２６】一方、パッケージ内に挿入した金属ブロッ
クは、パッケージの左右の側壁がレーザー照射の障害と
なるので、真上方向からレーザーを照射してレーザー溶
接しなければならない。したがって直方体状の金属ブロ
ックは、直線状の上辺部分のみがレーザー溶接できるだ
けであるので、金属ブロックの下部が側壁に密着しない
恐れがある。

【００２７】しかし、金属ブロックを正面視凸形にした
請求項３の発明によれば、金属ブロックの中央突部の上
辺部分及び中間段部の上辺部分を、真上方向からレーザ
ーを照射してレーザー溶接することができるので、金属
ブロックの下部も確実に側壁（又は板部材）に密着す
る。

【００２８】また、正面視凸形の金属ブロックは、側壁
（又は板部材）に接触する表面積が直方体状のものに較
べて大きくなるので、半導体レーザアレイの冷却性が向
上する。

【００２９】

【実施例】以下図を参照しながら、本発明を具体的に説
明する。なお、全図を通じて同一符号は同一対象物を示
す。

【００３０】図１は本発明の実施例の側断面図、図２は
本発明の実施例の平面断面図、図３は本発明の他の実施
例の側断面図、図４は本発明のさらに他の実施例の要所
斜視図、図５はレンズアレイの斜視図である。

【００３１】図において、１は、所望数の半導体レーザ
が横一列に並列した半導体レーザアレイ、２はそれぞれ
の半導体レーザに対応してレンズ部が横一列に並列した
レンズアレイである。

【００３２】レンズアレイ２は詳細を図５に図示したよ
うに、低融点ガラスを用いて金属材（例えばステンレス
鋼，鉄・ニッケル・コバルト合金等）よりなる窓枠形の
レンズホルダ３に、埋め込まれるように接着されてい
る。

【００３３】50は、例えば鉄・ニッケル・コバルト合金
（商品名コバール）等よりなるほぼ直方体状の金属ブロ
ックである。金属ブロック50の上平面に半導体レーザア
レイ１を搭載し、半導体レーザアレイ１の出射面に近接
して、レンズアレイ２を金属ブロック50の側面欠切部に
位置合わせして載せレンズホルダ３を金属ブロック50に
レーザー溶接して搭載している。

【００３４】また、レンズアレイ２とは反対側の金属ブ
ロック50の上部に、表面に半導体レーザ数に等しいパタ
ーンが形成された、窒化アルミ等の回路板４を搭載し、
半導体レーザアレイ１のそれぞれの電極と、回路板４の
対応するパターンとを、金線等をワイヤボンディングし
て接続して、ＬＤアセンブリが構成されている。

【００３５】銅・タングステン合金等からなる上方が開
口した箱形のパッケージ10の選択した側壁11に、角形の
窓用孔を設けこの窓用孔にサファイヤ等を埋め込み封止
して窓15としている。

【００３６】一方、所望数の光ファイバ22をフェルール
21に、レンズアレイ２のレンズ部の配列ピッチに等しい
ピッチで横一列に配列した光ファイバアレイ20は、フェ
ルール21の入射端面側をスリーブ25に挿入固着してい
る。

【００３７】図１，図２に図示したように、レンズアレ
イ２が窓15に対向するように、ＬＤアセンブリをパッケ
ージ10に収容し、金属ブロック50の上辺部分を側壁11に
レーザー溶接して固着している。

【００３８】また, ＬＤアセンブリの後方即ち回路板４
側の底板12上に、駆動回路基板６を搭載している。そし
て、駆動回路基板６の所望のリードパターンと回路板４
の対応するパターンとを金線等をワイヤボンディングし
て接続して、それぞれの半導体レーザが光信号を出射す
るようにしている。

【００３９】なお、パッケージ10の開口部に蓋を接着し
て、ＬＤアセンブリ，駆動回路基板６等を封止してい
る。一方、スリーブ25の端面を側壁11の外側面の窓15に
対応する位置に当接し、スリーブ25を微細に移動して半
導体レーザと光ファイバとの光結合調整作業を実施後、
スリーブ25を側壁11にレーザー溶接して固着している。

【００４０】そして、パッケージ10の外側に設けた鰭部
（図４に鰭部を示す）にボルト13を差込み、基台９のね
じ孔に螺着することで、パッケージ10の底板12の裏面を
基台９の上面に密着させて、パッケージ10を基台９に固
着している。

【００４１】本発明によれば、ＬＤアセンブリ及び光フ
ァイバアレイ20がともに同一の側壁11内外の両面に対向
してレーザー溶接されているので、表面にひずみがある
基台９に、底板12を密着してパッケージ10を搭載した場
合、パッケージ10の底板12が変形するが、半導体レーザ
アレイ１と光ファイバアレイ20の光結合損失が増加する
ことが殆どない。

【００４２】また、周囲温度が変化しても光結合損失が
増加することが殆どない。一方、金属ブロック50は側壁
11にレーザー溶接されているので、金属ブロックの底面
をパッケージ10の底板12に半田付け接着した従来ものに
較べて、ＬＤアセンブリの温度が上昇しても接合の信頼
度が低下する恐れがないという効果を有する。

【００４３】図３において、パッケージ10A は、サファ
イヤを埋め込んだ窓15の気密性が、熱により低下しない
ように、枠形の側壁11A の材料をサファイヤの熱膨張係
数にほぼ等しい鉄・ニッケル・コバルト合金（商品名コ
バール）としたものである。

【００４４】30は、パッケージ10A の側壁11A に設けた
角形の孔にしっくりと挿入され貫通する、鉄・ニッケル
・コバルト合金よりなる板部材である。この板部材30の
中央部に、角形の窓用孔を設けこの窓用孔にサファイヤ
等を埋め込み封止して窓15としている。

【００４５】そして、板部材30の内側面の窓15に対向す
る位置に金属ブロック50をレーザー溶接して固着し、板
部材30の外側面に光ファイバアレイ20を挿着したスリー
ブ25の端面を当接し、スリーブ25を微細に移動して半導
体レーザと光ファイバとの光結合調整作業を実施し、そ
の後スリーブ25を板部材30にレーザー溶接して固着して
いる。

【００４６】最後に板部材30を側壁11A の角形の孔に差
込み、板部材30の鍔部分を側壁11Aにレーザー溶接して
いる。上述のように板部材30を介してパッケージ10A に
固着した半導体レーザモジュールは、パッケージにＬＤ
アセンブリを搭載する前に、光ファイバアレイ20と半導
体レーザアレイ１との位置出し調整をパッケージの外で
で実施することができるので、調整作業が容易であると
いう利点がある。

【００４７】図４に示す金属ブロック50A は、正面視形
状を凸形にしたもので、中央突部にＵ溝を設け、そのＵ
溝の底部分に半導体レーザアレイ１及びレンズアレイ２
が搭載している。

【００４８】そして、金属ブロック50A の上辺部分、即
ち金属ブロックの中央突部の上辺部分及び中間段部の上
辺部分を、側壁11の内側面にレーザー溶接することで、
ＬＤアセンブリをパッケージ10に固着している。

【００４９】したがって、金属ブロック50A の上部は勿
論のこと、金属ブロック50A の下部も確実に側壁11に密
着する。また、正面視凸形のこの金属ブロック50A は、
側壁11に接触する表面積が直方体状のものに較べて大き
くなるので、半導体レーザアレイの冷却性が向上する。

【００５０】なお、図示点線で示す直方体状の一対の位
置決め治具60で、金属ブロック50Aの底面の両端部を支
持させた状態でレーザー溶接すれば、金属ブロック50A
が傾いたりすることがなくて、レーザー溶接作業が容易
となる。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、ＬＤアセ
ンブリ及び光ファイバアレイがともに同一の側壁部分に
レーザー溶接したもので、パッケージを搭載する基台の
表面にひずみがあっても、或いは周囲温度が変化しても
光結合損失が増加することが殆どないという優れた効果
を有する。

【００５２】金属ブロックを正面視凸形にしたものは、
ＬＤアセンブリの固着の信頼度がより高く、且つ半導体
レーザアレイの冷却性が向上するという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の側断面図

【図２】本発明の実施例の平面断面図

【図３】本発明の他の実施例の側断面図

【図４】本発明のさらに他の実施例の要所斜視図

【図５】レンズアレイの斜視図

【図６】従来例の側断面図

【図７】従来例の要所断面図

【図８】他の従来例の要所断面図

【符号の説明】

１半導体レーザアレイ２レン
ズアレイ３レンズホルダ４回路
板５,50,50A 金属ブロック６駆動
回路基板 10,10A パッケージ 11,11A
側壁 12 底板 15 窓 20 光ファイバアレイ 21 フェ
ルール 22 光ファイバ 25 スリ
ーブ 30 板部材 50,50A
金属ブロック

フロントページの続き (72)発明者渡邉哲夫神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者宮田定之神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者酒井喜充北海道札幌市中央区北一条西２丁目１番地富士通北海道ディジタル・テクノロジ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザアレイ(1) とレンズアレイ
(2) とを金属ブロック(50)に搭載してＬＤアセンブリを
構成し、該ＬＤアセンブリを側壁(11)に窓(15)を有する
パッケージ(10)に収容封止し、該側壁(11)の外側に取着
する光ファイバアレイ(20)と該ＬＤアセンブリとが光結
合されてなる半導体レーザモジュールにおいて、該パッケージ(10)の側壁(11)の内側面に、該金属ブロッ
ク(50)がレーザー溶接されてなることを特徴とする半導
体レーザモジュール。
【請求項２】半導体レーザアレイ(1) とレンズアレイ
(2) とを金属ブロック(50)に搭載してＬＤアセンブリを
構成し、該ＬＤアセンブリを側壁部に窓(15)を有するパ
ッケージ(10A) に収容封止し、該側壁の外側に取着する
光ファイバアレイ(20)と該ＬＤアセンブリとが光結合さ
れてなる半導体レーザモジュールにおいて、該パッケージ(10)の側壁(11A) の孔を気密に貫通するよ
う板部材(30)がレーザー溶接され、該板部材(30)に窓(1
5)が設けられ、該板部材(30)の内側面に該金属ブロック(50)がレーザー
溶接され、該板部材(30)の外側面に該光ファイバアレイ
(20)がレーザー溶接されてなることを特徴とする半導体
レーザモジュール。
【請求項３】金属ブロック(50A) が、中央突部にＵ溝
を有する正面視形状が凸形で、該Ｕ溝の底部分に半導体
レーザアレイ１及びレンズアレイ２が搭載され、該金属ブロック(50A) の上辺部分が側壁(11)の内側面又
は側壁に取着した板部材(30)の内側面に、レーザー溶接
されてなることを特徴とする、請求項１又は請求項２記
載の半導体レーザモジュール。