JPH07253525A - 光半導体モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い光結合効率を維持しつつ構成部品の点数
またはコストの低減を図るとともに、モジュールの全長
のばらつきを低く抑える。 【構成】 半導体発光素子４と、筒状ホルダ８と、レセ
プタクル１０とを備える。筒状ホルダ８内に挿入された
光半導体素子４と、筒状ホルダ８内に固定されたレンズ
６との間隔を筒状ホルダ８内で調整する。光ファイバ２
４の一端縁を挿入固定したフェルール２６がレセプタク
ル１０の凹入部２８に挿通され、レセプタクル１０と筒
状ホルダ８とは、突き合わせ位置３５で半径方向に摺動
して軸合わせされ、かつ、溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子から発
せられた光を集束して光ファイバに導く光ファイバ通信
用の光半導体モジュールおよびその製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体発光素子から発せられた光を集束
して光ファイバに導く光ファイバ通信用の光半導体モジ
ュールにおいては、半導体発光素子と光ファイバとの二
者間における光結合効率の向上および構成の簡素化のほ
かに、軸方向長の均一化が重要な課題となっている。

【０００３】従来の光半導体モジュールは、半導体発光
素子およびロッド型のレンズを組み込んだキャップ状の
ホルダ上に、連結用リングを介してレセプタクルを同軸
的に設けている。そして、光ファィバの一端縁を挿通し
て固定したフェルールが、前記レセプタクルの外端面の
凹入部に挿入される構成となっている。

【０００４】かかる光半導体モジュールは以下の方法に
よって製造される。すなわち、半導体発光素子およびレ
ンズをキャップ状のホルダ内に組み込んだのち、このホ
ルダの先端部を連結用リングの一端部に挿入する。そし
て、光ファイバの一端縁を挿通して固定したフェル−ル
を、レセプタクルの外端面の凹入部に挿入したのち、前
記ホルダと前記リングとを軸方向に相対的に移動させて
位置決めしたのち、両者をその接合部でレ−ザ溶接す
る。また、前記リングと前記レセプタクルとをその接合
面で相対的に移動させて位置決めしたのち、両者をその
接合面でレーザ溶接する。なお、かかる構成の光半導体
モジュールは特開平３−２３３４１５号公報等に開示さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ように構成された従来の光半導体モジュールでは、半導
体発光素子、レンズおよび光ファイバを所定の関係位置
に保持するのに、キャップ状のホルダ、リングおよびレ
セプタクルの３部品を必要とする。また、半導体発光素
子とレンズとの相対位置が、両者をホルダ内に組み込ん
だ時点で一義的に決まってしまう。このため、半導体発
光素子から放射された光を光ファイバの受光面に効率よ
く入射させるのに、ホルダと連結用リングとの固定位置
を軸方向に移動調整して、ホルダからレセプタクルに至
る距離を調節する必要があった。このことは、光半導体
モジュールの軸方向長を変化させることになるので、光
半導体モジュールの外形にばらつきを生じる結果を招
く。

【０００６】本発明の目的は、光半導体モジュールの軸
方向長のばらつきを解消させるとともに、半導体発光素
子と光ファイバとの光結合効率を高めることのできる光
半導体モジュールを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上述し
た目的を達成するために、半導体発光素子と、この半導
体発光素子から発せられた光を集束するレンズと、前記
半導体発光素子および前記レンズの二者間における間隔
を所定値に保持するために、前記二者を同軸的に挿通し
た筒状ホルダと、光ファイバの一端縁を挿通して固定し
たフェルールを支承するための凹入部を外端面に有する
レセプタクルとを備え、前記レセプタクルの内端面が、
前記筒状ホルダのレンズ側の端面に同軸的に突き合わさ
れて固定されていることを特徴とする光半導体モジュー
ルが提供される。

【０００８】ここで、筒状ホルダが、半導体発光素子を
挿通して固定した第１の筒体と、レンズを挿通して固定
した第２の筒体と、第１および第２の筒体間に一端縁を
介入して、他端縁に軸方向に突出した突起部を有する第
３の筒体とからなり、レセプタクルの内端面が、前記突
起部を受け入れる凹部を有している構成となすことがで
きる。また、レンズの周縁にレンズと一体形成された筒
状部が、半導体発光素子に当接した構成となすことがで
きる。また、レセプタクルの外周面が、内端面の近傍に
楔状のくびれ部を有する構成となすことができる。ま
た、筒状ホルダおよびレセプタクルの少なくとも一方
が、０．０５重量％以下の硫黄を含有したフェライト系
ステンレス鋼からなる構成となすことができる。また、
レセプタクルの少なくとも内面が、セラミックスで形成
された構成となすことができる。また、レンズによって
集束された光の光軸が、レセプタクルの中心軸に対し交
差した構成となすことができる。また、筒状ホルダの第
３の筒体の突起部が、レセプタクルの凹部の底面に当接
した構成となすことができる。

【０００９】さらに、光半導体チップおよびその発光面
側に設けられた導光体を内蔵してなる半導体発光素子
と、この半導体発光素子から発せられた光を集束するレ
ンズと、前記レンズを挿通して固定した筒状ホルダと、
光ファイバの一端縁を挿通して固定したフェルールを支
承するための凹入部を外端面に有するレセプタクルとを
備え、前記レセプタクルの内端面が前記筒状ホルダの一
端面に同軸的に突き合わされて固定されていることを特
徴とする光半導体モジュールが提供される。

【００１０】ここで、導光体が円板を含み、この円板の
２つの主面が反射防止膜で覆われ、側周面が反射膜で覆
われた構成となすことができる。

【００１１】さらにまた、筒状ホルダ内に光集束用レン
ズを固定する工程と、前記筒状ホルダ内に半導体発光素
子を挿入する工程と、光ファイバの一端縁を挿通して固
定したフェールールをレセプタクルの外端面の凹入部に
挿入する工程と、前記レセプタクルの内端面を前記筒状
ホルダの一端面上に同軸的に突き合わせる工程と、前記
半導体発光素子から放射された光が前記レンズによって
前記光ファイバの受光面に集光されるように、前記半導
体発光素子から前記レンズに至る距離を調整して前記半
導体発光素子を前記筒状ホルダ内に固定する工程と、前
記筒状ホルダおよび前記レセプタクルを相対的に軸合わ
せして、前記ホルダに前記レセプタクルを固定する工程
とを備えることを特徴とする光半導体モジュールの製造
方法が提供される。

【００１２】ここで、レンズの周縁にこのレンズと一体
形成された筒状部を半導体発光素子に当接させて、半導
体発光素子からレンズに至る距離を所定値に設定する構
成となすことができる。

【００１３】

【作用】本発明においては、半導体発光素子とレンズと
の間隔が筒状ホルダ内で調整されるとともに、レンズで
集束された光の光軸と光ファイバの光軸とのずれが、筒
状ホルダとレセプタクルとの突き合わせ面で調整される
ので、これらの調整によって光半導体モジュールの全長
にばらつきを生じることが解消される。また、ハウジン
グ構成部品としては基本的に、筒状ホルダおよびレセプ
タクルの２点で足りるので、構成の簡素化およびコスト
の低減を図ることができる。なお、光的結合度を最大な
らしめるための間隔調整は、レンズから光ファイバの先
端に至る距離を調整するよりも、半導体発光素子からレ
ンズに至る距離を調整した方が、少ない調整量ですむ。

【００１４】また、筒状ホルダのレセプタクル側の端面
に軸方向に突出した突起部を設け、レセプタクルの内端
面に前記突起部を受け入れる凹部を設ける構成となすこ
とによって、溶接等で発生したダストのレンズへの付着
を防ぐことができる。

【００１５】また、レセプタクルの外周面に楔状のくび
れ部を設けることによって、筒状ホルダとレセプタクル
との突き合わせ面での溶接を短時間に確実に達成でき
る。

【００１６】また、筒状ホルダおよびレセプタクルの少
なくとも一方を０．０５重量％以下の硫黄を含有したフ
ェライト系ステンレス鋼を用いることによって、加工性
を良好ならしめ得るのみならず、溶接時におけるクラッ
クの発生を防止することができる。

【００１７】また、レンズによって集束された光の光軸
が、レセプタクルの中心軸に対して交差するように構成
することによって、光ファイバの先端で反射した光が光
半導体素子へ入射するのを防ぐことができる。

【００１８】

【実施例】つぎに、本発明の実施例を図面を参照しなが
ら説明する。

【００１９】（実施例１）図１に示す光半導体モジュー
ル２は、半導体発光素子４と、集束用レンズ６と、半導
体発光素子４およびレンズ６を同軸的に挿入した筒状ホ
ルダ８と、レセプタクル１０とを有している。半導体発
光素子４は、レーザダイオードからなる光半導体チップ
１２と、これを覆う保護キャップ１４と、円盤状のステ
ム１６とを有し、ステム１６上にマウント１８を介して
光半導体チップ１２が固定されている。保護キャップ１
４もステム１６に固定されている。光半導体チップ１２
から発せられた光は、保護キャップ１４に設けられたガ
ラス窓２０を通じてとり出される。ステム１６およびマ
ウント１８は鉄系の金属からなり、金めっき層を表面に
有している。光半導体チップ１２には端子ピン２２が接
続されている。光半導体チップ１２とマウント１８との
間に、シリコン等からなるサブマウント（図示せず）が
介在していてもよい。レンズ６は、非球面に形成された
ＮＡ＝０．５のガラス製のもので、表面に反射防止膜を
有している。

【００２０】レセプタクル１０は、光ファイバ２４の一
端縁を挿入してなるフェルール２６を支承するための凹
入部２８を有している。筒状ホルダ８は、半導体発光素
子４の保護キャップ１４とステム１６とを収納した径大
部３０と、径大部３０に一体に連なる径小部３２とを有
し、径小部３２内にレンズ６が挿入されて固定されてい
る。径大部３０はステム１６の外径よりもわずかに大き
い内径を有しているので、組み立て時には、ステム１６
を径大部３０内で軸方向に移動させることができ、この
移動によってレンズ６と半導体発光素子４との間隔が調
整される。間隔調整後のステム１６と径大部３０とは、
位置３４においてレーザ溶接される。また、筒状ホルダ
８の径小部３２は約２ｍｍの肉厚を有しており、その平
滑な外端面とレセプタクル１０の内端面とが、位置３５
で突き合わされてレーザ溶接される。

【００２１】半導体発光素子４の光半導体チップ１２か
ら放射された光をレンズ６で光ファイバ２４の一端面３
６に効率よく入射させるためには、光半導体チップ１
２、レンズ６および光ファイバ２４の一端面３６の位置
合わせ調整が重要となる。図２に示すように、光半導体
チップ１２とレンズ６との間隔をＬ１、レンズ６と光フ
ァイバ２４との間隔をＬ２とし、レンズ６の光軸と光半
導体チップ１２の光軸とのずれ量をＬ３、レンズ６の光
軸と光ファイバ２４の光軸とのずれ量をＬ４とすると、
光半導体チップ１２と光ファイバ２４との光結合効率は
図３〜図６に示すような特性で表される。なお、この特
性を測定するのに用いた光ファイバ２４は、コア径５０
μｍのマルチモード型ファイバであった。

【００２２】図３および図４からわかるように、８０％
以上の光結合効率を得るのに、Ｌ２では約２００μｍ
（約５．６４ｍｍ〜約５．８４ｍｍ）の許容範囲があ
る。これに対してＬ１では、約６０μｍ（±約３０μ
ｍ）の許容範囲しかない。このことは、８０％以上の光
結合効率が得られるようにＬ２を調整して光半導体モジ
ュールを作製する場合は、光半導体モジュールの全長が
約±１００μｍの範囲でばらつくことを意味する。これ
に対して、８０％以上の光結合効率が得られるようにＬ
１を調整して光半導体モジュールを作製する場合は、そ
の全長のばらつきが約±３０μｍの範囲内に納まること
になる。

【００２３】したがって、Ｌ１を調整して光半導体モジ
ュールを作製すると、図１に示す全長Ｍ１のばらつきを
少なく抑えることができる。Ｌ１を調整したのちに、Ｙ
ＡＧレーザを用いた溶接によって各部品を相互に固定し
なければならないが、溶接時に±５μｍ程度の位置ずれ
が生じる。溶接時の位置ずれは、上述したＬ１の許容範
囲よりも十分に小さいので、溶接によってＬ１の調整位
置にずれが生じても許容範囲内に納まり、８０％以上の
光結合効率を得ることができる。一方、半導体発光素子
４側においても、そのステム１６およびキャップ１４は
筒状ホルダ８の径大部３０内に完全に挿入されているの
で、端子ピン２２を除く光半導体モジュールの長さＭ２
は、上述の調整に左右されることなく一定の値となる。

【００２４】つぎに、レンズの光軸に直角な方向への位
置ずれ（軸ずれ）と光結合効率との関係を考察すると以
下のようになる。すなわち、８０％以上の光結合効率を
得るためのＬ３およびＬ４はそれぞれ、図５および図６
に示すように約１２μｍ（±６μｍ）および約３４μｍ
（±１７μｍ）の各許容範囲となる。上述したように溶
接時に±５μｍ程度の位置ずれが生じることを考慮する
と、Ｌ３の許容範囲は溶接時の位置ずれに較べて十分に
大きいとはいえない。したがって、Ｌ４を調整して光半
導体モジュールを作製した方が有利である。

【００２５】上述した光路調整を図１に示した光半導体
モジュール２において行う場合、半導体発光素子４とレ
ンズ６とを筒状ホルダ８内で相対的に移動させる間隔調
整によってＬ１が調整される。また、筒状ホルダ８とレ
セプタクル１０とをそれらの突き合わせ面で相対的に移
動させる軸ずれ調整によってＬ４が調整される。

【００２６】つぎに、光半導体モジュール２の製造方法
を具体的に説明すると、まず、筒状ホルダ８の径小部３
２内にレンズ６を挿入して固定する。次いで、半導体発
光素子４を筒状ホルダ８の径大部３０内に挿入する。ま
た、光ファイバ２４の一端縁を挿入してなるフェルール
２６をレセプタクル１０の凹入部２８内に挿入してお
く。次いで、径小部３２の外端面とレセプタクル１０の
内端面とを突き合わせた状態を保持して、半導体発光素
子４の光半導体チップ１２を発光させる。光ファイバ２
４に入射した光の強度を測定しながら、半導体発光素子
４のステム１６を径大部３０内で位置決めし、位置３４
における溶接をＹＡＧレーザで行う。次いで、筒状ホル
ダ８とレセプタクル１０とをそれらの突き合わせ面で光
軸に直角な方向に移動させて位置決めしたのち、位置３
５における溶接をＹＡＧレーザで行う。

【００２７】本実施例の光半導体モジュール２において
は、製造歩留まりを低下させることなく、光半導体モジ
ュール２の全長のばらつきを小さく抑えることができ
る。また、２個のハウジング構成部品で足りるので、製
造工程を簡略化でき、光路の調整が容易となり、高光結
合効率の光半導体モジュールを得ることができる。

【００２８】（実施例２）図７に示す実施例での光半導
体モジュール４２は、実施例１における光半導体モジュ
ール２と一部分で共通しており、共通する構成要素には
同一の符号が付してある。光半導体モジュール４２は、
半導体発光素子４、集束用レンズ４４、筒状ホルダ４６
およびレセプタクル４８からなり、プラスチックからな
るレンズ４４は、その周縁に一体形成された筒状部５０
を有している。筒状部５０は、筒状ホルダ４６の天板部
の下面に設けられた凹部５２と半導体発光素子４の保護
キャップ１４との間に挟まれて保持されている。筒状部
５０は、レンズ４４と半導体発光素子４との間隔を規定
するスペーサとして機能し、半導体発光素子４から放射
された光がレンズ４４によって光ファイバ２４の受光面
に集光するように、その高さが調整されている。

【００２９】具体的には、所定高さの筒状部５０を有す
るレンズ４４を形成したのち、筒状部５０の高さを少し
づつ削りながら、半導体発光素子４とレンズ４４との間
隔を適切な値に調整する。その後、半導体発光素子４を
筒状部５０に押し当てながら位置５４でステム１６と筒
状ホルダ４６とを溶接する。この方法によると、溶接時
の半導体発光素子４は筒状部５０を介して筒状ホルダ４
６に固定されるので、溶接時における位置ずれが軽微と
なる。

【００３０】また、筒状ホルダ４６の天板部の下面に設
けられた凹部５２が筒状部５０の上端縁を支承するの
で、レンズ４４と筒状ホルダ４６との同軸性が良好とな
る。そのうえ、レンズ４４を固定しやすく、しかも、レ
ンズ４４自体に直接ストレスがかからないという利点が
ある。

【００３１】レセプタクル４８と筒状ホルダ４６との接
合は、実施例１におけると同様の要領で行われる。レセ
プタクル４８の外周面には、筒状ホルダ４６との突き合
わせ面５６を底面とする円錐が形成されるように、楔状
のくびれ部５８が形成されている。したがって、位置６
０において斜めからレーザ溶接を施すと、機械的強度を
ほとんど低下させることなく短時間でかつ良好にレセプ
タクル４８と筒状ホルダ４６とを接合することができ
る。

【００３２】（実施例３）図８に示す実施例での光半導
体モジュール６２は、実施例２における光半導体モジュ
ール４２と一部分で共通しており、共通する構成要素に
は同一符号が付してある。この光半導体モジュール６２
は、レンズ６４の形状において実施例２の光半導体モジ
ュール４２と相違している。プラスチックからなるレン
ズ６４は、その周縁に一体形成された円筒状のスカート
部６６および軸方向に突出した突起部６８を有してお
り、突起部６８が筒状ホルダ４６の凹部５２に入り込ん
でいる。レンズ６４は、筒状ホルダ４６の天板部と半導
体発光素子４のステム１６とに挟まれて保持される。ス
カート部６６は、半導体発光素子４とレンズ６４との間
隔を規定するスペーサとして機能する。半導体発光素子
４とレンズ６４との間隔は、スカート部６６の高さを少
しずつ削ることによって調整され、ステム１６と筒状ホ
ルダ４６とが位置７２で溶接される。このような構造の
レンズ６４を用いることによって、半導体発光素子４の
キャップ１４の高さとは無関係に、光半導体チップ１２
とレンズ６４との間隔を最適値に調節することができ
る。レセプタクル７０とホルダ４６とは実施例２におけ
ると同様に、軸ずれを調整したのちに位置７４で相互に
溶接される。

【００３３】（実施例４）図９に示す実施例での光半導
体モジュール８２は、半導体発光素子４を挿通して固定
した第１の筒体８４と、非球面のレンズ６を挿通して固
定した鉄系金属製の第２の筒体９４と、第１および第２
の筒体８４、９４間に下端縁を介入させた第３の筒体８
６とで筒状ホルダを構成し、これにレセプタクル８８を
接合している。半導体発光素子４のステム１６と第１の
筒体８４とは、位置９０においてＹＡＧレ−ザでスポッ
ト溶接されている。第１の筒体８４の上端縁９２は幅約
１ｍｍにわたって厚さ約０．２ｍｍの薄肉に形成されて
いる。一方、第２の筒体９４は、第３の筒体８６の穴９
６の下端部に挿通されていて、第３の筒体８６とは、位
置９５において溶接されている。穴９６の上端部には筒
状の突起部９７が軸方向に突出している。また、第３の
筒体８６の下端面は約０．５ｍｍの幅で面とりされてお
り、これによるテーパ部８５が第３の筒体８６を第１の
筒体８４内に挿入しやすくしている。そして、第１の筒
体８４と第３の筒体８６とがスムーズに摺動できるよう
に、第３の筒体８６は滑らかな外周面を有し、第１の筒
体８４の上端縁９２が第３の筒体８６に、位置９２にお
ける溶接で固定されている。

【００３４】第１の筒体８４の上端縁９２が残余の部分
と異なる外形状を有しているので、溶接時にＹＡＧレー
ザの照射位置を定めやすい。また、第１の筒体８４の上
端縁が薄肉に形成されているので、照射されたレ−ザ光
による熱が第３の筒体８６に伝わりやすく、そのため
に、第１の筒体８４と第３の筒体８６とを確実に溶接す
ることができる。

【００３５】第３の筒体８６の上端面９８およびレセプ
タクル８８の下端面１００はいずれも高い精度で平滑に
仕上げられているので、第３の筒体８６とレセプタクル
８８とを当接させながら半径方向に相対的に摺動させる
ことができる。レセプタクル８８の下端面１００の外径
は、第３の筒体８６の上端面９８の外径よりも若干大き
く形成されている。また、レセプタクル８８の下端面１
００の中央部に、突起部９７を受け入れるための凹部１
０１が設けられている。第３の筒体８６の上端面９８と
レセプタクル８８の下端面１００とが当接する位置１０
２でＹＡＧレ−ザを用いた溶接が行われ、これによっ
て、レセプタクル８８が第３の筒体８６に接合される。

【００３６】レセプタクル８８はその外端面に、フェル
ール２６を支承するための凹入部１０４を有している。
フェルール２６を凹入部１０４に挿入しやすくするため
に、フェル−ル２６の先端面の周縁が面とりされてお
り、これによるテーパ部１０６のために、フェル−ル２
６の最小直径は１．７５ｍｍとなっている。凹入部１０
４の底部における形状は、フェルール２６の先端部の形
状に合わせて形成されており、凹入部１０４の最小口径
は約１．７５ｍｍとなっている。

【００３７】このため、フェル−ル２６をレセプタクル
８８の凹入部１０４に挿入すると、フェル−ル２６の先
端部が凹入部１０４の底部付近で止まり、フェル−ル２
６と凹入部１０４とが同軸となる。フェル−ル２６はそ
の中心軸部に光ファイバ２４の一端縁を挿入しているの
で、光ファイバ２４と凹入部１０４とが同軸となる。

【００３８】凹入部１０４の口径の精度が１０μｍ程度
であっても、凹入部１０４とフェル−ル２６とはテ−パ
部１０６で位置決めされるので、凹入部１０４の形成に
高い加工精度が要求されない。

【００３９】かかる構成の光半導体モジュール８２は以
下の手順で製造することができる。

【００４０】まず、半導体発光素子４を第１の筒体８４
内に挿入し、半導体発光素子４と第１の筒体８４とを位
置９０で溶接する。次に、レンズ６を第２の筒体９４内
に挿入したのち、第２の筒体９４と第３の筒体８６とを
位置９５で溶接する。レセプタクル８８にはフェルール
２６を挿入しておく。

【００４１】第１の筒体８４、第３の筒体８６およびレ
セプタクル８８を図９に示す関係位置に保持して、半導
体発光素子４の光半導体チップ１２から光を放射させ
る。そして、光ファイバ２４に入射する光の強度を測定
しながら、最大の光強度が得られるように摺動調整を行
う。この摺動調整では、第３の筒体８６に対して第１の
筒体８４を軸方向に摺動させて位置決めし（位置ずれの
許容幅は約８０μｍ）、位置決め後に第１の筒体８４の
上端部を第３の筒体８６に位置９２で溶接する。

【００４２】一方、軸ずれの調整は第３の筒体８６とレ
セプタクル８８との突き合わせ面で行う（位置ずれ許容
幅は約３４μｍ）。この調整後に第３の筒体８６の縁部
の位置１０２でＹＡＧレ−ザによる溶接を行い、第３の
筒体８６の上端面９８をレセプタクル８８の下端面１０
０に固定する。ＹＡＧレ−ザ光を突き合わせ面に傾けて
照射すると、接合強度を高めることができる。溶接時に
±５μｍ程度の位置ずれが発生するが、いずれにおける
位置ずれも許容範囲内に納まるので、高い光結合効率を
有する光半導体モジュールを歩留まりよく製造すること
ができる。また、光半導体モジュール８２の全長のばら
つきを小さく抑えることができる。

【００４３】さらに、レセプタクル８８に対するフェル
ール２６の光軸合わせは、前者の凹入部１０４の底面付
近と後者のテ−パ部１０６とで行われるので、凹入部１
０４に高い加工精度が要求されない。このために加工が
容易となり、コストを低減させることができる。また、
光半導体チップ１２とレンズ６の中心軸とが僅かにずれ
ていても、第３の筒体８６とレセプタクル８８との軸ず
れ調整時に光学的に補正することができる。レセプタク
ル８８の下端面１００の外径を第３の筒体８６の上端面
９８の外径よりも若干大きく形成しているので、軸ずれ
の補正量が増えても、第３の筒体８６の一部分がレセプ
タクル８８の外径からはみ出すことがなく、光半導体モ
ジュール８２の外径Ｗを常に一定値に揃えることができ
る。

【００４４】また、第３の筒体８６とレセプタクル８８
とを溶接によって接合するとき、前者の上端面９８と後
者の下端面１００との境界に、ＹＡＧレ−ザ光で溶けた
高温のダストが発生するが、このダストはＹＡＧレ−ザ
光の進行方向に吹き飛ばされて突起部９７に付着するの
で、ダストが穴９６内に侵入することが防止される。

【００４５】このため、レンズ６の表面を常に清浄に保
つことができる。

【００４６】（実施例５）図１０に示す実施例での光半
導体モジュール１１２は、実施例４における光半導体モ
ジュール８２と一部分において共通し、共通する構成要
素には同一符号が付してある。この光半導体モジュール
１１２は、半導体発光素子４を挿通して固定した第１の
筒体８４と、レンズ６を挿通して固定した第２の筒体９
４と、第１および第２の筒体８４、９４間に下端縁を介
入させた第３の筒体１１４とで筒状ホルダを構成し、こ
れにレセプタクル１１６を接合している。第２の筒体９
４が第３の筒体１１４の穴１１８の下端部に挿通されて
おり、穴１１８の上端部をとり囲む筒状の突起部１２０
が、その先端面１２２に開口１２４を有している。

【００４７】レセプタクル１１６の凹入部１２６はスト
レートの穴になっており、この穴に挿入されたフェル−
ル２６の先端面１２８が、第３の筒体１１４の突起部１
２の先端面１２２に当接している。レセプタクル１１６
はその下端面１３０に、第３の筒体１１４の突起部１２
０を受け入れるための凹部１３１を有している。レセプ
タクル１１６の下端面１３０が第３の筒体１１４の上端
面１３２に突き合わされており、第３の筒体１１４はそ
の縁部の位置１３４でレセプタクル１１６に溶接されて
いる。

【００４８】レセプタクル１１６の凹入部１２６はスト
レートの穴になっているので、一端部に窪みのある穴に
比べて高い精度でかつ安価に加工できる。このために本
例では３μｍ以下の公差で加工している。第３の筒体１
１４の開口１２４は、レンズ６で集束された光を損失な
く光ファイバ２４に入力させるので、その直径は約１ｍ
ｍとなされている。第３の筒体１１４の穴１１８はレン
ズ６と同様に約１．７ｍｍの直径を有している。開口１
２４を有する端面１２２がフェルール２６の先端面１２
８に安定に接するように、開口１２４の直径はフェルー
ル２６の先端面１２８よりも小さく形成している。

【００４９】第１の筒体８４、第３の筒体１１４および
レセプタクル１１６の各部品は、ある程度精密な加工を
必要とする。とくにレセプタクル１１６の穴１２６は３
μｍ以下の穴径公差を必要とする。一般に、光半導体モ
ジュールには、切削性および耐食性にすぐれたオ−ステ
ナイト系ステンレス鋼が使用されているが、オ−ステナ
イト系ステンレス鋼はニッケルを含有するので、溶接に
伴う溶解で硫黄とニッケルとが反応し、硫化物を生成し
て溶接部に亀裂を生じることがある。

【００５０】本実施例では、第１の筒体８４、第３の筒
体１１４およびレセプタクル１１６にフェライト系ステ
ンレス鋼を使用している。フェライト系ステンレス鋼は
ニッケルを含まないので、溶接に伴う溶解でニッケル系
硫化物が生成されず、溶接部に亀裂を生じない。とく
に、０．０５重量％以下の硫黄を含有するフェライト系
ステンレス鋼を用いると切削性が改善される。硫黄の含
有量が多いほど切削性は良好となるが、硫化物が発生し
やすくなるので硫黄の含有量は０．０５重量％以下とす
るのが好ましい。

【００５１】上述した構成では、レンズ６から光ファイ
バ２４の先端面（フェルール２６の先端面１２８）に至
る距離が、第３の筒体１１４の外形によって一義的に決
まるので、レセプタクル１１６の形状に依存しない。し
たがって、部品の加工精度に由来するばらつきの範囲が
狭められ、製造歩留まりを向上させ得るのみならず、光
軸の調整がより容易となる。

【００５２】また、レセプタクル１１６の下端面１３０
と第３の筒体１１４の上端面１３２とを突き合わせて両
者を溶接する際に生じたダストは、突起部１２０による
遮蔽作用のために、光路となる穴１１８内に侵入せず、
ダストがレンズ６の表面に付着しない。さらに、精密加
工を必要とする部品の穴形状が単純化されるので、その
加工が容易となり、部品製造のコストを低減させること
ができる。

【００５３】以下に図１０および図１１を参照しながら
光半導体モジュール１１２の製造方法を説明する。ま
ず、半導体発光素子４を第１の筒体８４内に挿入して、
半導体発光素子４と第１の筒体８４とを位置９０で溶接
し固定する。次いで、レンズ６を第２の筒体９４内に挿
入し、両者を位置９５で溶接して固定する。レセプタク
ル１１６にはフェルール２６を挿入しておく。

【００５４】図１１の（ａ）は光半導体モジュール１１
２の組立および軸調整のための調整装置１４２を示すも
ので、その要部が図１１の（ｂ）に拡大して示されてい
る。

【００５５】第１の筒体８４およびレセプタクル１１６
はそれぞれ金属製の支柱１４４およびステージ１４６に
保持されている。ステ−ジ１４６はＸ、Ｙ、Ｚの３軸方
向に移動できるようになっており、ホルダ１１４がレセ
プタクル１１６から離れないように、ホルダ１１４は板
ばね１４８でレセプタクル１１６に押さえつけられてい
る。板ばね１４８にはホルダ１１４の外径よりも広い幅
の溝１４９が設けられており、ホルダ１１４は溝１４９
内でＸ軸方向およびＹ軸方向に移動できる。板ばね１４
８はステージ１４６に固定されているが、ステージ１４
６に固定されたレセプタクル１１６はホルダ１１４から
独立してＸ軸方向およびＹ軸方向に移動できる。レセプ
タクル１１６に挿入されたフェルール２６は、弦巻ばね
１５０によってホルダ１１４に突き当てられている。弦
巻ばね１５０はストッパ１５２で片端が固定されてい
る。

【００５６】ステージ１４６をＺ軸方向に移動させる
と、ホルダ１１４の上端面の外周縁には０．５ｍｍの面
とり加工が施されているので、第１の筒体８４内に容易
に挿入できる。第１の筒体８４はＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸
方向に固定されているので、第１の筒体８４内に挿入さ
れた第３の筒体１１４はＺ軸方向にのみ移動することが
できる。第３の筒体１１４は板ばね１４８でＺ軸方向に
押さえつけられており、一方、レセプタクル１１６はＸ
軸、Ｙ軸およびＺ軸方向に移動できるので、第１の筒体
８４に第３の筒体１１４を挿入した状態でレセプタクル
１１６をＸ軸方向およびＹ軸方向に軸調整できる。フェ
ル−ル２６の先端面１２８は第３の筒体１１４の先端面
１２２に常に当接して軸調整される。軸調整の終了後
に、第１の筒体８４と第３の筒体１１４とをＹＡＧレ−
ザで溶接し、その後に第３の筒体１１４とレセプタクル
１１６との軸ずれを調整して溶接する。

【００５７】上述した方法によると、半導体発光素子４
を発光させて光軸を調整する間、半導体発光素子４から
発せられた熱は金属製の支柱１４４を通じて放散され
る。また、フェル−ル２６を下方からばね１５０で加圧
しているので、光ファイバ２４の受光面の位置を常に一
定にしたまま（第３の筒体１１４の突起部１２０に当接
させたまま）組み立てることができる。さらに、第３の
筒体１１４を板ばね１４８でＺ軸方向にのみ押圧してい
るので、レセプタクル１１６をＺ軸方向に移動させても
第３の筒体１１４とレセプタクル１１６とが離れず、し
かも、第３の筒体１１４を第１の筒体８４に挿入したま
まＺ軸方向に移動させることができる。したがって、す
べての溶接部分は常に接触状態を保ち、軸調整の直後に
溶接して固定することができる。これによって、組立の
簡素化と組立時間の短縮の効果を得ることができる。

【００５８】（実施例６）図１２に示す実施例の光半導
体モジュール１６２は、実施例５における光半導体モジ
ュール１１２と一部分において共通しており、共通する
構成要素には同一符号が付してある。この光半導体モジ
ュール１６２は、レセプタクル１６４内にセラミックス
製のスリーブ１６６を有している点で実施例５の光半導
体モジュール１１２と相違している。セラミックス製の
部品は高い精度で加工できるので、スリーブ１６６の穴
１６８も高い精度で加工されている。スリーブ１６６を
挿入するための穴１７０に対しては、穴１６８に対する
ほど高い加工精度を要しないので、レセプタクル１６４
に高い加工精度が要求されず、製造コストの低減を図る
ことができる。第１の筒体８４および第３の筒体１１４
にも高い加工精度が要求されないので、第１の筒体８
４、第３の筒体１１４およびレセプタクル１６４を金属
粉末を成形して焼結させる焼結工法を適用して形成し、
部品の低コスト化を図っている。本実施例によると、構
成部品の点数は増えるが、トータル的に部品価格を低減
させることができる。なお、スリ−ブ１６６の材質はセ
ラミックスに限定されず、精密加工が可能であれば金属
であってもよい。

【００５９】（実施例７）図１３に示す実施例の光半導
体モジュール１８２は、実施例５における光半導体モジ
ュール１１２と一部分において共通しており、共通する
構成要素には同一符号を付している。この光半導体モジ
ュール１８２は、レセプタクル１１６の中心軸とレンズ
６の中心軸（光軸）とが同軸でなく、約５度傾いている
点で実施例５の光半導体モジュール１４２と相違してい
る。フェルール２６の中心軸をレンズ６の中心軸に対し
約５度の角度で傾けるために、第３の筒体１８４の穴１
８６の中心軸に直角な面に対し、面１８８および面１９
０がともに約５度の角度で傾いている。

【００６０】フェル−ル２６の中心軸がレンズの中心軸
と一致していると、光ファイバ２４の先端面１９２で反
射した光が逆行し、レンズ６で集束されて光半導体チッ
プ１２側に戻る。光半導体チップ１２に反射光が入射す
ると、その発光状態が不安定になりやすい。これを防ぐ
ためにフェル−ル２６を光軸に対して傾けると、反射光
は光軸と異なる方向に進むので光半導体チップ１２側に
戻らず、光半導体チップ１２の発光状態を安定化させる
ことができる。かかる構造はとくに、アナログ信号用の
光半導体モジュールに適しており、歪み特性を改善でき
る。

【００６１】なお、本実施例では傾斜角度を約５度とし
たが、光ファイバ２４への光的結合を損なわずに前記反
射光の半導体発光素子側への戻りを抑制できれば、如何
なる角度であってもよい。しかし、傾斜角度が過大にな
ると光ファイバ２４に対して高い光結合効率で光を入射
させることが困難になるので、３〜６度が好ましい。

【００６２】（実施例８）図１４に示す実施例での光半
導体モジュール２０２は、半導体発光素子２０４と、筒
状ホルダ２０６と、レセプタクル２０８とを有してい
る。半導体発光素子２０４は、光半導体チップ１２と保
護キャップ１４とステム１６とを有し、円盤状のステム
１６上にマウント１８を介して光半導体チップ１２が固
定されている。光半導体チップ１２を覆う保護キャップ
１４もステム１６に固定されている。

【００６３】光半導体チップ１２から発せられた光は、
保護キャップ１４に設けられた導光体２１０を通じてと
り出される。ステム１６およびマウント１８は鉄系の金
属からなり、金めっき層を表面に有している。光半導体
チップ１２には端子ピン２２が接続されている。

【００６４】導光体２１０は全反射膜としての金属めっ
き層を外周面に備えた直径２ｍｍ、長さ１ｍｍのガラス
円板からなり、鏡面仕上げされた両端面に反射防止膜を
有している。導光体２１０の外端面は光半導体チップ１
２に０．５ｍｍの距離で近接した位置を占めている。筒
状ホルダ２０６内に固定されているロッド型レンズ２１
２の外周面は全反射膜としての金属めっき膜で覆われて
いる。筒状ホルダ２０６は、半導体発光素子２０４の保
護キャップ１４に、位置２１４において溶接されてい
る。レセプタクル２０８は、フェルール２６を支承する
凹入部２１６を有しており、筒状ホルダ２０６と突き合
わされて、位置２１８で溶接されている。

【００６５】光半導体チップ１２から発せられた光の大
部分は導光体２１０に入射する。導光体２１０はレンズ
２１２に当接しており、入射光のうち広がり角の大きい
光は導光体２１０およびレンズ２１２の各外周面に設け
られた金属めっき膜で反射するので、光半導体チップ１
２から発せられた光は、レンズ２１２を通じて光ファイ
バ２４に効率よく入射する。

【００６６】導光体２１０は光半導体チップ１２から
０．５ｍｍだけ離れて設けられているので、レンズ２１
２で集束された光はレンズ２１２の外端面から１ｍｍの
位置に集光する。レセプタクル２０８に挿入されたフェ
ルール２６の先端面は、レンズ２１２の外端面から１ｍ
ｍの位置で止まるので、ロッド型レンズ２１２と光ファ
イバ２４の先端との間隔は、レセプタクル２０８で機械
的に決まる。このため、筒状ホルダ２０６をレセプタク
ル２０８に対し半径方向に摺動させて軸ずれ調整を行
う。

【００６７】このような構成では、ハウジング構成部品
が２個で足り、しかも、調整は半径方向への摺動調整だ
けでよいので、調整作業を容易ならしめることができ
る。

【００６８】上述した実施例では、光半導体チップにレ
ーザダイオードを用いたが、発光ダイオードなどを用い
てもよい。また、光半導体チップから放射された光を光
ファイバの先端面に集光するレンズは非球面のものに限
定されず、ボールレンズなどの集光特性を有するもので
あってもよい。さらに、第１の筒体、第３の筒体および
レセプタクルを溶接によって接合する代わりに、用途に
よっては接着剤による接合など、溶接以外の接合方法を
適用できる。

【００６９】実施例５において用いた０．０５重量％以
下の硫黄を含有するフェライト系ステンレス鋼は、実施
例５に特有のものではないので、その他の実施例におけ
る第１および第３の筒体や、レセプタクル等にも同様に
使用できる。また、実施例６で用いたセラミックス製の
スリーブも、その他の実施例に同様に適用できる。さら
に、実施例７以外の光半導体モジュールにおいても、レ
ンズの光軸と光ファイバの光軸とを相対的に傾斜させる
ことができる。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によると、光半導体
素子からレンズを通じて光ファイバの受光面にいたる光
学系で高い光結合効率を維持しながら、構成部品の数を
減少させたり、コストを低減させたりすることができ
る。また、光半導体モジュールの軸方向長のばらつきを
低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光半導体モジュールの側断
面図。

【図２】光半導体モジュールの光路を概略的に示す説明
図。

【図３】レンズと光ファイバとの間隔に対する光結合効
率の特性図。

【図４】光半導体チップとレンズとの間隔に対する光結
合効率の特性図。

【図５】光ファイバの軸ずれ量に対する光結合効率の特
性図。

【図６】光半導体チップの軸ずれ量に対する光結合効率
の特性図。

【図７】本発明の他の実施例の光半導体モジュールの側
断面図。

【図８】本発明の他の実施例の光半導体モジュールの側
断面図。

【図９】本発明の他の実施例の光半導体モジュールの側
断面図。

【図１０】本発明の他の実施例の光半導体モジュールの
側断面図。

【図１１】光半導体モジュールの組立装置の側断面図お
よび同装置の要部の斜視図。

【図１２】本発明の他の実施例の光半導体モジュールの
側断面図。

【図１３】本発明の他の実施例の光半導体モジュールの
側断面図。

【図１４】本発明の他の実施例の光半導体モジュールの
側断面図。

【符号の説明】

４ 半導体発光素子 ６ レンズ ８ 筒状ホルダ １０ レセプタクル ２４ 光ファイバ ２６ フェルール

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体発光素子と、 この半導体発光素子から発せられた光を集束するレンズ
   と、 前記半導体発光素子および前記レンズの二者間における
   間隔を所定値に保持するために、前記二者を同軸的に挿
   通した筒状ホルダと、 光ファイバの一端縁を挿通して固定したフェルールを支
   承するための凹入部を外端面に有するレセプタクルとを
   備え、 前記レセプタクルの内端面が、前記筒状ホルダのレンズ
   側の端面に同軸的に突き合わされて固定されていること
   を特徴とする光半導体モジュール。
2. 【請求項２】 筒状ホルダが、半導体発光素子を挿通し
   て固定した第１の筒体と、レンズを挿通して固定した第
   ２の筒体と、第１および第２の筒体間に一端縁を介入し
   て、他端縁に軸方向に突出した突起部を有する第３の筒
   体とからなり、レセプタクルの内端面が、前記突起部を
   受け入れる凹部を有していることを特徴とする請求項１
   記載の光半導体モジュール。
3. 【請求項３】 レンズの周縁にレンズと一体形成された
   筒状部が、半導体発光素子に当接していることを特徴と
   する請求項１または２記載の光半導体モジュール。
4. 【請求項４】 レセプタクルの外周面が、内端面の近傍
   に楔状のくびれ部を有していることを特徴とする請求項
   １または２記載の光半導体モジュール。
5. 【請求項５】 筒状ホルダおよびレセプタクルの少なく
   とも一方が、０．０５重量％以下の硫黄を含有したフェ
   ライト系ステンレス鋼からなることを特徴とする請求項
   １または２記載の光半導体モジュール。
6. 【請求項６】 レセプタクルの少なくとも内面が、セラ
   ミックスで形成されていることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の光半導体モジュール。
7. 【請求項７】 レンズによって集束された光の光軸が、
   レセプタクルの中心軸に対し交差していることを特徴と
   する請求項１または２記載の光半導体モジュール。
8. 【請求項８】 筒状ホルダの第３の筒体の突起部が、レ
   セプタクルの凹部の底面に当接していることを特徴とす
   る請求項２記載の光半導体モジュール。
9. 【請求項９】 光半導体チップおよびその発光面側に設
   けられた導光体を内蔵してなる半導体発光素子と、 この半導体発光素子から発せられた光を集束するレンズ
   と、 前記レンズを挿通して固定した筒状ホルダと、 光ファイバの一端縁を挿通して固定したフェルールを支
   承するための凹入部を外端面に有するレセプタクルとを
   備え、 前記レセプタクルの内端面が前記筒状ホルダの一端面に
   同軸的に突き合わされて固定されていることを特徴とす
   る光半導体モジュール。
10. 【請求項１０】 導光体が円板を含み、この円板の２つ
    の主面が反射防止膜で覆われ、側周面が反射膜で覆われ
    ていることを特徴とする請求項９記載の光半導体モジュ
    ール。
11. 【請求項１１】 筒状ホルダ内に光集束用レンズを固定
    する工程と、 前記筒状ホルダ内に半導体発光素子を挿入する工程と、 光ファイバの一端縁を挿通して固定したフェルールをレ
    セプタクルの外端面の凹入部に挿入する工程と、 前記レセプタクルの内端面を前記筒状ホルダの一端面上
    に同軸的に突き合わせる工程と、 前記半導体発光素子から放射された光が前記レンズによ
    って前記光ファイバの受光面に集光されるように、前記
    半導体発光素子から前記レンズに至る距離を調整して前
    記半導体発光素子を前記筒状ホルダ内に固定する工程
    と、 前記筒状ホルダおよび前記レセプタクルを相対的に軸合
    わせして、前記ホルダに前記レセプタクルを固定する工
    程とを備えることを特徴とする光半導体モジュールの製
    造方法。
12. 【請求項１２】 レンズの周縁にこのレンズと一体形成
    された筒状部を半導体発光素子に当接させて、半導体発
    光素子からレンズに至る距離を所定値に設定することを
    特徴とする請求項１１記載の光半導体モジュールの製造
    方法。