JPH0933768A

JPH0933768A - 光半導体装置

Info

Publication number: JPH0933768A
Application number: JP7187532A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Tojo; 正明東城; Noboru Kurata; 昇倉田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-07-24
Filing date: 1995-07-24
Publication date: 1997-02-07

Abstract

(57)【要約】【課題】信頼性の高い溶接固定が可能なプラスチックレ
ンズを備えた光半導体装置を得る。【解決手段】円盤状のフランジ部を持つプラスチックレ
ンズ２に、内径がレンズより大きく外径がフランジ部よ
り大きいドーナツ状の金属円盤１８を密着させ、金属円
盤１８の内径部に設けた突起をプラスチックレンズ２の
フランジ部に勘合させてプラスチックレンズ２と金属円
盤１８を一体化する。ホルダ３と半導体発光素子１、ホ
ルダ３とリング５、及びリング５とレセプタクル７はそ
れぞれ溶接固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子か
ら発せられた光を集めて光ファイバに導く光ファイバ通
信用の光半導体装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体発光素子から発せられた光を集め
て光ファイバに導く光ファイバ通信用の光半導体装置に
おいては、光結合技術の向上と構成の簡素化とともに、
信頼性の高いレンズの固定方法が重要課題となってい
る。

【０００３】図９に示した従来の光半導体装置、例えば
特開平３−２３３４１５号公報で提案された光半導体装
置では、レーザダイオードを内蔵した半導体発光素子１
がレンズ２とともにキャップ状のホルダ３に組み込まれ
ている。レンズ２はガラスでロッド状をなすため、側面
に金属メッキを施し、半田固定している。ホルダ３の上
端縁４の筒状部にはリング５を挿入固定してあり、この
リング５は集束光を通過させる穴６を有している。前記
リング５上にはレセプタクル７を配置してあり、このレ
セプタクル７は集束光を通過させる穴８を有するととも
に、フェルール９を挿入する穴１０を有し、穴１０に挿
入されたフェルール９の中心軸部に光ファイバ１１の一
端部が挿入固定されている。つまり、半導体発光素子１
から発せられた光がレンズ２で集束され、集束光が光フ
ァイバ１１の受光面に与えられる構成となっている。

【０００４】このような光半導体装置を組み立てるに
は、半導体発光素子１とレンズ２とをホルダ３に組み込
み、光ファイバ１１を挿入固定したフェルール９をレセ
プタクル７の穴１０に挿入し、ホルダ３の上端縁４をリ
ング５の一端縁の筒状部１２に挿入する。そして、ホル
ダ３とリング５とを軸方向に相対的に移動させる位置調
整後に両者を接合部１３でレーザ溶接する。また、リン
グ５とレセプタクル７とを、その接触面で相対的に移動
させる位置調整後に両者を接合部１４でレーザ溶接す
る。ストッパ１６はレセプタクル７をネジ止めしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の光半導体装置では、レンズ２をホルダ３に半田固定
している。近年開発されている、高性能で価格の安価な
プラスチックレンズを半田固定した場合、耐熱温度が１
５０℃以下と低いため、溶けたり変形するため、半田固
定は困難である。また、接着剤を用いた場合には湿度の
高い環境では剥離し易いという課題を有している。

【０００６】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、湿度の高い環境においても信頼性の高いレンズ固定
を施した光半導体装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明の第一の光半導体装置は、半導体発光素
子から放射された光をレンズで集光し光ファイバに結合
するための光半導体装置であって、前記半導体発光素子
を内蔵し円盤状の基盤を有する発光素子と、前記発光素
子と中心軸を一致して設けた円筒状のホルダと、前記ホ
ルダの先端部に設けたプラスチックレンズと、前記ホル
ダに勘合した円筒状リングと、中央に光ファイバを固定
したフェルールを挿入するための貫通穴を有し前記リン
グに中心軸を一致して設けたレセプタクルとを備えた光
半導体装置において、前記レンズがフランジ部を有し、
ドーナツ状の金属円盤が前記フランジ部に圧着され、前
記金属円盤とホルダが互いに溶接固定されたことを特徴
とする。ここでレンズのフランジ部とは、凸レンズの側
面を除くレンズ面の両面の外周縁に設けられた平板な面
をいう。またレンズのフランジ部以外の凸部をレンズ部
というものとする。前記構成においては、ホルダと発光
素子が互いに溶接固定されることが好ましい。また前記
構成においては、金属円盤の内径がレンズのレンズ部の
外径より大きく、金属円盤の外径はレンズのフランジ部
の外径より大きいことが好ましい。また前記構成におい
ては、ドーナツ状の金属円盤が内径周辺に実質的に垂直
な突起を備え、前記突起がレンズのフランジ部に勘合し
ていることが好ましい。また前記構成においては、レン
ズのフランジ部がドーナツ状の金属円盤とホルダとに挟
まれて保持されることが好ましい。また前記構成におい
ては、リングが、レセプタクルに挿入したフェルールを
位置決めするための突起を有することが好ましい。

【０００８】次に本発明の第二の光半導体装置は、半導
体発光素子から放射された光をレンズで集光し光ファイ
バに結合するための光半導体装置であって、前記半導体
発光素子を内蔵し円盤状の基盤を有する発光素子と、前
記発光素子と中心軸を一致して設けた円筒状のホルダ
と、前記ホルダの先端部に設けたプラスチックレンズ
と、前記ホルダに勘合した円筒状リングと、中央に光フ
ァイバを固定したフェルールを挿入するための貫通穴を
有し前記リングに中心軸を一致して設けたレセプタクル
とを備えた光半導体装置において、前記半導体発光素子
が放熱ステムを有し、前記ホルダの端部内壁に前記半導
体発光素子に固定するための傾斜面を有することを特徴
とする。ここで放熱ステムとは、半導体発光素子を実装
保持した円盤状の金属でできた蓋盤をいう。レセプタク
ルに設けられた貫通穴は単一貫通穴と単純化してもよ
い。

【０００９】前記構成においては、プラスチックレンズ
の側面が凹凸部を有し、ホルダの内壁が凹凸部を有し、
前記プラスチックレンズの凹凸部と前記ホルダの凹凸部
が勘合することにより前記プラスチックレンズが前記ホ
ルダに固定されることが好ましい。プラスチックレンズ
は前記ホルダ内に金型成形して固定されることが好まし
い。

【００１０】また前記構成においては、ホルダ、リング
およびレセプタクルは金属で構成され、前記ホルダとリ
ングが互いに溶接固定され、かつ前記リングとレセプタ
クルが互いに溶接固定されることが好ましい。

【００１１】また前記構成においては、リングが、レセ
プタクルに挿入したフェルールを位置決めするための突
起を有することが好ましい。また前記構成においては、
ホルダと半導体発光素子の放熱ステムが互いに溶接固定
されることが好ましい。

【００１２】また前記構成においては、リングの外周
に、光半導体装置の位置決め収納固定するための凹部を
設けることが好ましい。ホルダの外周部にくぼみを設け
てもよい。

【００１３】また前記構成においては、レセプタクルと
リングは光軸に垂直な方向に互いに接する面を有し、か
つホルダとリングは光軸に平行な方向に互いに接する面
を有することが好ましい。

【００１４】また前記構成においては、レセプタクルが
鉄を含む金属粉末を成形して焼き固めた焼結体であるこ
とが好ましい。次に本発明の第三の光半導体装置は、半
導体発光素子から放射された光をレンズで集光し光ファ
イバに結合するための光半導体装置において、中央に突
起を有する円盤状のステムと、前記突起の先端方向に光
を放射するため前記突起の側面に設けられた半導体発光
素子と、前記半導体発光素子と光軸を一致して前記突起
の先端部に設けられたプラスチックレンズと、先端に透
明な平板を有し前記レンズと半導体発光素子とを覆い且
つその端部が前記ステムに接した円筒形の保護キャップ
と、中央に光ファイバを固定したフェルールを挿入する
ための貫通穴を有し前記保護キャップに中心軸を一致し
て設けたレセプタクルとを備え、前記半導体発光素子が
放射した光を前記レンズで前記保護キャップの先端面に
集光することを特徴とする。前記構成においては、突起
が角柱であることが好ましい。また前記構成において
は、透明な平板が平板レンズで構成され、半導体発光素
子が放射した光を前記平板レンズの先端面に集光するこ
とが好ましい。また前記構成においては、レンズが保護
キャップの内壁に接着固定されることが好ましい。

【００１５】また前記本発明の第一の構成においては、
レセプタクルの貫通穴の一部の外周が貫通穴の他の部分
の外周より小さいことが好ましい。また前記構成におい
ては、レセプタクルが金属粉末を成形して焼き固めた焼
結体であることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】前記本発明の第一の半導体装置の
構成によれば、半導体発光素子から放射された光をレン
ズで集光し光ファイバに結合するための光半導体装置で
あって、前記半導体発光素子を内蔵し円盤状の基盤を有
する発光素子と、前記発光素子と中心軸を一致して設け
た円筒状のホルダと、前記ホルダの先端部に設けたプラ
スチックレンズと、前記ホルダに勘合した円筒状リング
と、中央に光ファイバを固定したフェルールを挿入する
ための貫通穴を有し前記リングに中心軸を一致して設け
たレセプタクルとを備えた光半導体装置において、前記
レンズがフランジ部を有し、ドーナツ状の金属円盤が前
記フランジ部に圧着され、前記金属円盤とホルダが互い
に溶接固定されたことにより、湿度の高い環境において
も信頼性の高いレンズ固定が可能な光半導体装置を達成
できる。

【００１７】またホルダと発光素子が互いに溶接固定さ
れるという本発明の好ましい例によれば、発光素子とホ
ルダの中心軸を確実に一致させることができる。また金
属円盤の内径がレンズのレンズ部の外径より大きく、金
属円盤の外径はレンズのフランジ部の外径より大きいと
いう本発明の好ましい例によれば、レンズをホルダに容
易にかつ確実に固定できる。

【００１８】またドーナツ状の金属円盤が内径周辺に実
質的に垂直な突起を備え、前記突起がレンズのフランジ
部に勘合しているという本発明の好ましい例によれば、
レンズが金属円盤から外れることがなくしっかり固定さ
れる。

【００１９】またレンズのフランジ部がドーナツ状の金
属円盤とホルダとに挟まれて保持されるという本発明の
好ましい例によれば、レンズとホルダとの固定がより確
実となる。またリングが、レセプタクルに挿入したフェ
ルールを位置決めするための突起を有するという本発明
の好ましい例によれば、フェルールを位置決めするため
の特定の部品を必要とせず、部品数を減らすことができ
る。

【００２０】次に本発明の第二の光半導体装置によれ
ば、半導体発光素子から放射された光をレンズで集光し
光ファイバに結合するための光半導体装置であって、前
記半導体発光素子を内蔵し円盤状の基盤を有する発光素
子と、前記発光素子と中心軸を一致して設けた円筒状の
ホルダと、前記ホルダの先端部に設けたプラスチックレ
ンズと、前記ホルダに勘合した円筒状リングと、中央に
光ファイバを固定したフェルールを挿入するための貫通
穴を有し前記リングに中心軸を一致して設けたレセプタ
クルとを備えた光半導体装置において、前記半導体発光
素子が放熱ステムを有し、前記ホルダの端部内壁に前記
半導体発光素子に固定するための傾斜面を有することに
より、光ファイバとの結合効率のよい光半導体装置を達
成できる。すなわち、前記傾斜面と半導体発光素子にか
ぶせた保護キャップ端部を接触させないことにより、ホ
ルダをより安定よく発光素子に固定することができ、湿
度の高い環境においても信頼性の高いレンズ固定が可能
な光半導体装置を達成できる。

【００２１】プラスチックレンズの側面が凹凸部を有
し、ホルダの内壁が凹凸部を有し、前記プラスチックレ
ンズの凹凸部と前記ホルダの凹凸部が勘合することによ
り前記プラスチックレンズが前記ホルダに固定されると
いう本発明の好ましい例によれば、プラスチックレンズ
がホルダにしっかり固定される。

【００２２】またホルダ、リングおよびレセプタクルは
金属で構成され、前記ホルダとリングが互いに溶接固定
され、かつ前記リングとレセプタクルが互いに溶接固定
されるという本発明の好ましい例によれば、各部を確実
に固定できる。ホルダと半導体発光素子の放熱ステムが
互いに溶接固定されるという本発明の好ましい例によれ
ば、ホルダと半導体発光素子をより確実に固定できる。

【００２３】またリングの外周に、光半導体装置の位置
決め収納固定するための凹部を設けるという本発明の好
ましい例によれば、ケース内での光半導体装置の位置決
めを容易に行うことができる。

【００２４】またレセプタクルとリングは光軸に垂直な
方向に互いに接する面を有し、かつホルダとリングは光
軸に平行な方向に互いに接する面を有するという本発明
の好ましい例によれば、各部の位置調整が容易になる。

【００２５】またレセプタクルが鉄を含む金属粉末を成
形して焼き固めた焼結体であるという本発明の好ましい
例によれば、レセプタクル形状のばらつきがなくなり、
製品の信頼性が安定する。さらに溶接特性を向上するこ
ともできる。

【００２６】また、前記レセプタクルが有する穴を単一
貫通穴と単純化すると、粉末冶金法などの量産工法によ
る製作が可能となり、さらに、部品の寸法バラツキの低
減と低コスト化をもたらす。

【００２７】次に本発明の第三の光半導体装置によれ
ば、半導体発光素子から放射された光をレンズで集光し
光ファイバに結合するための光半導体装置において、中
央に突起を有する円盤状のステムと、前記突起の先端方
向に光を放射するため前記突起の側面に設けられた半導
体発光素子と、前記半導体発光素子と光軸を一致して前
記突起の先端部に設けられたプラスチックレンズと、先
端に透明な平板を有し前記レンズと半導体発光素子とを
覆い且つその端部が前記ステムに接した円筒形の保護キ
ャップと、中央に光ファイバを固定したフェルールを挿
入するための貫通穴を有し前記保護キャップに中心軸を
一致して設けたレセプタクルとを備え、前記半導体発光
素子が放射した光を前記レンズで前記保護キャップの先
端面に集光することにより、光ファイバとの結合効率の
よい光半導体装置を達成できる。

【００２８】また突起が角柱であるという本発明の好ま
しい例によれば、角柱の一側面に半導体発光素子を設け
るので発光素子の位置がずれることがない。また透明な
平板が平板レンズで構成され、半導体発光素子が放射し
た光を前記平板レンズの先端面に集光するという本発明
の好ましい例によれば、レンズ間の距離にかかわらず発
光素子からの光が常に一定の位置に集光される。

【００２９】またレンズが保護キャップの内壁に接着固
定されるという本発明の好ましい例によれば、レンズを
確実に固定することができる。またレセプタクルの貫通
穴の一部の外周が、貫通穴の他の部分の外周より小さい
と、穴加工が容易となる。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）図１は本実施例の光半導体装置の断面図で
ある。

【００３１】レーザダイオード１ａを内蔵した発光素子
１は円盤状のステム１ｂを持つ。ホルダ３の一方の端部
にステム１ｂを圧入し、溶接部１７をＹＡＧレーザスポ
ット溶接機で溶接固定した。非晶性ポリオレフィンから
なるプラスチックレンズ２のフランジ部には金属円盤１
８が固定されている。レセプタクル７の精密穴１０は、
差し込むフェルール９の中心の光ファイバ１１の位置ず
れを最小限にするため、穴径公差を３ミクロンとし、長
さは７mmである。実際には、精密穴の長さが４mmでも性
能的に問題のないことを確認して、精密穴１０の長さを
４mmとしている。精密穴１０の長さを短くすることによ
り穴加工が容易になる。レセプタクル７はステンレス鋼
を切削加工して製作する。

【００３２】セプタクル７の精密穴１０にフェルール９
を挿入し、先端をリング５の先端２０に突き当てる。ホ
ルダ３をリング５に対して軸方向に摺動し、レセプタク
ル７に対してリング５を中心軸に垂直な方向に位置調整
して、プラスチックレンズ２で集められた光を光ファイ
バ１１に結合する。この状態で接合部１３および１４を
ＹＡＧレーザスポット溶接機で溶接固定した。

【００３３】図２は、図１に示したレンズ２と金属円盤
１８のみを取り出してその構成を示した図であり、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。金属円盤１８
の内側には４箇所に突起１９を設け、この突起１９がプ
ラスチックレンズ２のフランジ部にくい込んでしっかり
固定される。また、この金属円盤１８はプラスチックレ
ンズ２を金型成形するときに取り付けるため、構造的に
金属円盤１８はプラスチックレンズ２に密着する。

【００３４】図１のホルダ３の上端内壁に設けたくぼみ
（段差）に金属円盤１８をのせると、レンズ２とホルダ
３の中心軸が一致する。溶接部１３ａをＹＡＧレーザス
ポット溶接機で溶接固定した。

【００３５】このように構成した光半導体装置は、プラ
スチックレンズ２に金属円盤１８を組み込んだ状態で成
形しているので、プラスチックレンズ２と金属円盤１８
が構造的に密着する。金属円盤１８をホルダ３に溶接固
定すると、プラスチックレンズ２の位置ずれや剥離はな
く、プラスチックレンズでも信頼性の高い固定をするこ
とが可能となる。なお、金属円盤１８をレンズ２に取り
付けるとき、金属円盤１８を加熱してレンズ２に押し当
て密着しても良い。

【００３６】また、レセプタクル７の精密穴１０の長さ
を短くしているので、部品を作り易く、歩留りが高くな
る。なお、金属円盤１８はプラスチックレンズ２のフラ
ンジ部の片側に設けているが、フランジ部の中央に設け
ても良い。また、突起１９は金属円盤１８の内径部に設
けたが、突起１９はフランジ部にくい込ませる位置であ
ればどこでも良く、その方向も特に限定されない。

【００３７】（実施例２）図３は本実施例の光半導体装
置の構成を示す断面図である。プラスチックレンズ２は
フランジ部をもつ。ホルダ３の穴２１は他の部分より内
径がやや広い。プラスチックレンズ２をホルダ３に装着
すると、プラスチックレンズ２のフランジ部はストッパ
２３で止まる。ホルダ３にドーナツ状の圧入リング２２
を圧入し、溶接部１３ａをＹＡＧレーザスポット溶接機
で溶接固定する。プラスチックレンズ２のフランジ部は
ストッパ２３と圧入リング２２で挟まれ、また、圧入リ
ング２２はホルダ３に溶接固定しているので、プラスチ
ックレンズ２が動くことがない。

【００３８】このように、弾力性のあるプラスチックレ
ンズ２は挟み込むことで容易に確実に固定することがで
きる。（実施例３）図４は本実施例の光半導体装置を示す構成
断面図である。

【００３９】レーザダイオード４１ａを内蔵し、保護キ
ャップ４１ｃで密閉された発光素子４１は放熱板となる
円盤状のステム４１ｂを持つ。ホルダ４３の下端部内面
に傾斜した切り欠きを、その外周にはステム４１ｂが入
る円筒形の短い突起を設けている（図示せず）。このホ
ルダ４３の一方の端部にステム４１ｂを圧入し、溶接部
４１６をＹＡＧレーザスポット溶接機で溶接固定する。
ホルダ４３に設けた切り欠きがあるためにホルダ４３と
保護キャップ４１ｃの端部と接触せず、ホルダ４３をス
テム４１に安定に固定できる。また、ホルダ４３に設け
たレンズ４２とレーザダイオード４１ａの中心軸は機械
的に一致する。耐熱性（１２３℃）、耐湿性（アクリル
樹脂の１００倍の耐湿性）に優れた非晶性ポリオレフィ
ンを材料としたプラスチックレンズ４２はホルダ４３の
円盤部４１８に設けた穴に金型成形で製作する。円盤部
４１８の穴の壁面には突起４１９を設けて凸凹を構成し
ているので、成形したレンズ４２は極めて外れにくい。
また、円盤部４１８の表面の穴付近の円盤表面に浅いく
ぼみ（段差）を設け、レンズを成形した時に余分な樹脂
を逃がす役目を果たしている。

【００４０】リング４５の内径はホルダ４３の外径より
やや大きいので、両者が軸方向に潤滑に動く。ホルダ４
３をリング４５に挿入する。リング４５の他端に、レセ
プタクル４７の穴４１０がリング４５の突起４５ａを覆
うように設ける。中央に光ファイバ４１１を挿入固定し
先端を鏡面研磨したフェルール４９をレセプタクル４７
の穴４１０に挿入する。フェルール４９の先端は、リン
グ４５の突起４５ａに突き当たり、軸方向の位置決めが
なされる。

【００４１】レーザダイオード４１ａから出力してレン
ズ４２で集光した光が、リング４５内部の穴を通過して
突起４５ａの穴付近で最小スポットとなるように、ホル
ダ４３をリング４５に対して軸方向に動かし、溶接部４
１５をＹＡＧレーザ溶接機で固定する。また、リング４
５をレセプタクル４７に対して軸に垂直な方向に動か
し、レセプタクル４７の穴４１０に挿入したフェルール
４９内の光ファイバ４１１に光が入射する位置で、溶接
部４１４をＹＡＧレーザ溶接機で固定する。

【００４２】レセプタクル４７の穴４１０にフェルール
４９を着脱したとき、穴４１０における光ファイバ４１
１の位置が変わらないようにするため、穴４１０の直径
をフェルール４９よりわずか１〜３μｍ大きな精密穴と
した。このような精密穴を容易に構成するため、穴４１
０は単純な単一貫通穴構造とした。さらに、粉末冶金法
による金属の金型加工法を用いて穴４１０を持つレセプ
タクル４７を製作して、高精度で寸法ばらつきの小さな
部品を低コストで製作することを可能にした。最適な溶
接固定を行うため、焼結体材料には鉄粉を主成分とし、
ニッケル（９〜１３重量％）、クロム（１８〜２０重量
％）の粉を混合した金属粉末を用いて、ステンレスと同
等の材質とした。本実施例ではＦｅ：７０重量％、Ｎ
ｉ：１２重量％、Ｃｒ：１８重量％の金属粉末を用い
た。

【００４３】穴４１０を単純な単一貫通穴構造としたた
め、挿入したフェルール４９の位置決めはレセプタクル
４７の先端に設けた突起４５ａに突き当てて行う。リン
グ４５に突起４５ａを設けてフェルール４９の位置決め
機能を持たせ、部品数の低減を図った。

【００４４】ホルダ４３も粉末冶金法で構成して、形状
ばらつきを少なくしている。レセプタクル４７とリング
４５の接する部分では、レセプタクル４７の外周部に突
起を設け、リング４５側に切り欠きを設けて凹部４２４
を構成する。光半導体装置を収納するケースの一部をこ
の凹部４２４に挿入すると、ケース内での光半導体装置
の位置決めを容易に行うことができる。

【００４５】以上のように、ホルダ４３の円盤部４１８
に直接耐熱性、耐湿性の高いプラスチックレンズ４２を
金型成形して、部品数を低減できるとともに、プラスチ
ックレンズでも信頼性の高い溶接固定を行うことができ
る。

【００４６】また、レセプタクル４７のフェルール４９
を挿入する穴４１０を単純な単一貫通穴にして穴の寸法
精度を高め、かつ、量産性の高い金属の粉末冶金法を用
いることで、寸法ばらつきの小さな部品を廉価に作るこ
とを可能にした。

【００４７】なお、突起４１９は凸凹があればよく、溝
形状でもよいことはいうまでもない。また、凹部４２４
はレセプタクル４７とリング４５の境界付近に設けた
が、凹部４２４はリング４５の外周部に設けられていれ
ばどこでも良い。

【００４８】（実施例４）図５は本実施例の光半導体装
置を示す断面図である。本実施例において、保護キャッ
プ３１の高さは予め２．５mmとして設計している。保護
キャップ３１の先端には穴３２が設けられており、それ
を塞ぐようにガラス板３３が接着されている。レーザダ
イオード１ａはステム１ｂに設けられた角柱３０の側面
にその先端面から２００μmの位置（ステム１ｂから１m
mの高さ）に半田固定する。ガラス基板の厚みが０．５m
mのフレネルレンズ２は、電子描画装置で製作される。

【００４９】このようにして構成した半導体発光素子３
６の保護キャップ３１の先端面に、穴を持つレセプタク
ル７を設ける。中央に光ファイバを挿入したフェルール
を穴に差し込み、その先端が保護キャップ３１に突き当
たった状態で半導体発光素子３６をレセプタクル７に対
して中心軸に垂直な方向に動かして光軸調整し、ファイ
バと光学結合する。ファイバへの入射光量が最大になっ
たら、ＹＡＧレーザスポット溶接機で溶接部３７を溶接
固定して半導体モジュールを構成する。

【００５０】図６は本実施例の図５のレンズ実装部を示
す側面図である。図６に示すように、フレネルレンズ面
３５がレーザダイオード１ａに対面するように紫外線硬
化性樹脂であるアクリル系接着剤で角柱３０に固定され
る。なお、サブマウント基板３４はレーザダイオード１
ａの高さを調整し、確実な半田実装を行うためにシリコ
ン基板を用いている。レーザダイオード１ａとフレネル
レンズ２との間隔は約２００μmなので、光はフレネル
レンズ２の他端面から０．８mmの位置に集光する。この
位置は保護キャップ３１の外壁面に一致する。保護キャ
ップ３１はステム１ｂに圧着固定し、レーザダイオード
１ａは密閉される。

【００５１】集光された光の開口数（ＮＡ）は０．１
で、集光スポット径は２４μmと小さいのに対して、結
合する光ファイバのコア径は５０μmと大きい。よっ
て、集光位置が保護キャップ３１の外壁面から±０．１
mm程度ずれても集光スポット径の変化は小さいので、結
合効率に変化はほとんどない。また、レーザダイオード
１ａを位置決め固定するので、レーザダイオード１ａと
フレネルレンズ２の間隔の誤差は±５０μm以下にな
る。このため、保護キャップ３１の外壁面と集光位置と
の距離変動は０．１mm以下となる。

【００５２】以上のように構成した半導体発光素子３６
において、フレネルレンズ２は角柱３０に接着している
が、保護キャップ３１で密閉しているので外気に触れる
ことがなく耐熱性があるので剥離しない。また、レーザ
ダイオード１ａを位置決め実装し、その他は機械的に実
装固定しているので、光ファイバとの結合効率が高く、
しかも集光位置をほぼ固定して製作することができる。
保護キャップ３１の先端とフェルールホルダを接しなが
ら互いに位置調整し、その後固定して、簡単に光半導体
モジュールを構成することができる。

【００５３】なお、平板レンズ２はフレネルレンズとし
たが、外形が平板な屈折率分布レンズであっても良い。（実施例５）図７は本実施例の光半導体装置を示す断面
図である。

【００５４】本実施例は実施例４の装置を改良したもの
で、保護キャップ３１の先端には平板レンズ３８を設け
る。レーザダイオード１ａとフレネルレンズ２は角柱３
０の同一側面に実装する。レーザダイオード１ａから出
力した光はフレネルレンズ２で平行光に変換されるよう
に、フレネルレンズ２の位置を調整して設ける。なお、
フレネルレンズ２のレンズ面３９は光の出射方向に向い
ているが、その方向は特に限定されない。平板レンズ３
８は保護キャップ３１に低融点ガラス（ソルダーガラ
ス、封着温度４５０℃）で固定され、保護キャップ３１
はステム１ｂに圧着固定する。平板レンズ３８に入射し
た平行光はレンズ面４０ａで回折され、平板レンズ３８
の端面４０ｂに集光する。フレネルレンズ２と平板レン
ズ３８の間は平行光なので、２つのレンズ間隔が変化し
ても光は常に端面４０ｂに集められる。光半導体装置の
長さは保護キャップ３１で決定するため、光半導体装置
の長さは常に一定になる。したがって、このように構成
した半導体発光素子３６の保護キャップ３１の先端にレ
セプタクル７を固定すると、容易に光半導体モジュール
を構成することができる。

【００５５】なお、レンズ２およびレンズ３８は平板レ
ンズとしたが、レンズ２は平行光を構成するレンズであ
り、レンズ３８は外形が平板な屈折率分布型レンズでも
良い。また、レンズ２は角柱３０の側面に実装したが、
レンズ２は角柱３０の先端面に実装しても良い。

【００５６】（実施例６）図８は本実施例の光半導体装
置を示す断面図である。レーザダイオード１ａはステム
１ｂに設けた角柱３０に半田で固定実装される。保護キ
ャップの高さは３．５mmに設定され、先端には穴３２を
塞ぐようにガラス板３３が実施例５で用いたのと同様の
低融点ガラスで固定されている。キャップ３１内にはそ
の開口端から１．５mmの位置にレンズ端面が位置するよ
うにレンズ厚み０．７mmのプラスチック非球面レンズ２
を圧入接着固定する。このように構成したキャップ３１
はステム１ｂに圧着溶接固定され、保護キャップ３１内
部には窒素ガスが封入される。

【００５７】レーザダイオード１ａはステム１ｂから１
mmの距離にあるので、プラスチックレンズ２とレーザダ
イオード１ａとの間隔は０．５mmとなる。したがって、
光は保護キャップ３１の穴３２の外壁面の高さに集めら
れる。

【００５８】プラスチックレンズ２は耐熱性樹脂である
非晶性ポリオレフィンで構成するので耐熱性と耐湿性に
は優れるが、ガラスほどの耐湿性はない。そこでガラス
封じした保護キャップ３１の中に、成形が容易で集光特
性が良好なプラスチック非球面レンズ２を実装して、高
い結合性と信頼性を得た。また、プラスチックレンズ２
の低価格化が容易なので、光半導体装置の低価格化を実
現することができる。

【００５９】このように構成した半導体発光素子３６の
保護キャップ３１の先端にレセプタクル７を固定する
と、容易に光半導体モジュールを構成することができ
る。

【００６０】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の第一の光半
導体装置によれば、湿度の高い環境においても信頼性の
高いレンズ固定が可能な光半導体装置を提供できる。次
に本発明の第二の光半導体装置によれば、ホルダに耐熱
性の高いプラスチックレンズを直接金型成形して固定し
たので、部品数を低減したと共に、プラスチックレンズ
の信頼性の高い固定を可能にした。また、レセプタクル
のフェルールを挿入する穴を単純な単一貫通穴にして、
量産性の高い粉末冶金法で製作することで、寸法バラツ
キの小さな部品を廉価に作ることができる。さらに、フ
ェルールを位置決めするリングに設けた突起は、レセプ
タクルとリングの溶接部と同一平面上にないので、溶接
時に発生する溶接塵が突起部に付着するが、フェルール
には付着せず、光ファイバに入射する光量が低減するこ
とがない。次に本発明の第三の光半導体装置によれば、
光ファイバとの結合効率の高い光半導体装置を提供でき
る。

【００６１】すなわち、このように半導体素子とレンズ
を近接して実装し、これらを密閉すると、半導体素子が
出力した光をレンズで保護キャップ先端などの特定の位
置に集光して、光ファイバへの光結合効率を高い値に維
持しながら、構成部品点数最低限に抑え、且つ、装置の
軸方向長をほぼ一定に保つことができる光半導体装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の光半導体装置の構成を示
す断面図。

【図２】本発明の実施例１のレンズの詳細を示した図
であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】本発明の実施例２の光半導体装置の構成を示
す断面図。

【図４】本発明の実施例３の光半導体装置の構成を示
す断面図。

【図５】本発明の実施例４の光半導体装置の構成を示
す断面図。

【図６】本発明の実施例５のレンズの実装状態を示し
た図。

【図７】本発明の実施例６の光半導体装置の構成を示
す断面図。

【図８】本発明の実施例７の光半導体装置の構成を示
す断面図。

【図９】従来例の光半導体装置の断面図。

【符号の説明】

１半導体発光素子１ａレーザダイオード１ｂステム２レンズ３ホルダ４ホルダの上端縁５リング６、８穴７レセプタクル９フェルール１０穴１１光ファイバ１２リングの筒状部１３、１４接合部１３ａ溶接部１６ストッパ１７溶接部１８金属円盤１９突起２０リングの先端２１穴２２圧入リング２３ストッパ３０角柱３１保護キャップ３２穴３３ガラス板３４サブマウント基板３５フレネルレンズ面３６半導体発光素子３７溶接部３８平板レンズ３９、４０ａレンズ面４０ｂ端面４１発光素子４１ａレーザダイオード４１ｂ放熱ステム４１ｃ保護キャップ４２プラスチックレンズ４３ホルダ４５リング４５ａ突起４７レセプタクル４９フェルール４１０穴４１１光ファイバ４１４溶接部４１５溶接部４１６溶接部４１８円盤部４１９突起４２４凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体発光素子から放射された光をレン
ズで集光し光ファイバに結合するための光半導体装置で
あって、前記半導体発光素子を内蔵し円盤状の基盤を有
する発光素子と、前記発光素子と中心軸を一致して設け
た円筒状のホルダと、前記ホルダの先端部に設けたプラ
スチックレンズと、前記ホルダに勘合する円筒状リング
と、中央に光ファイバを固定したフェルールを挿入する
ための貫通穴を有し前記リングに中心軸を一致して設け
たレセプタクルとを備えた光半導体装置において、前記
レンズがフランジ部を有し、ドーナツ状の金属円盤が前
記フランジ部に圧着され、前記金属円盤とホルダが互い
に溶接固定されたことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】ホルダと発光素子が互いに溶接固定され
た請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】金属円盤の内径がレンズのレンズ部の外
径より大きく、かつ金属円盤の外径はレンズのフランジ
部の外径より大きい請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項４】ドーナツ状の金属円盤が内径周辺に実質
的に垂直な突起を備え、前記突起がレンズのフランジ部
に勘合している請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項５】レンズのフランジ部がドーナツ状の金属
円盤とホルダとに挟まれて保持された請求項１に記載の
光半導体装置。
【請求項６】リングが、レセプタクルに挿入したフェ
ルールを位置決めするための突起を有する請求項１に記
載の光半導体装置。
【請求項７】半導体発光素子から放射された光をレン
ズで集光し光ファイバに結合するための光半導体装置で
あって、前記半導体発光素子を内蔵し円盤状の基盤を有
する発光素子と、前記発光素子と中心軸を一致して設け
た円筒状のホルダと、前記ホルダの先端部に設けたプラ
スチックレンズと、前記ホルダに勘合した円筒状リング
と、中央に光ファイバを固定したフェルールを挿入する
ための貫通穴を有し前記リングに中心軸を一致して設け
たレセプタクルとを備えた光半導体装置において、前記
半導体発光素子が放熱ステムを有し、前記ホルダの端部
内壁に前記半導体発光素子に固定するための傾斜面を有
することを特徴とする光半導体装置。
【請求項８】プラスチックレンズの側面が凹凸部を有
し、ホルダの内壁が凹凸部を有し、前記プラスチックレ
ンズの凹凸部と前記ホルダの凹凸部が勘合することによ
り前記プラスチックレンズが前記ホルダに固定された請
求項７に記載の光半導体装置。
【請求項９】ホルダ、リングおよびレセプタクルは金
属で構成され、前記ホルダとリングが互いに溶接固定さ
れ、かつ前記リングとレセプタクルが互いに溶接固定さ
れた請求項７に記載の光半導体装置。
【請求項１０】リングが、レセプタクルに挿入したフェ
ルールを位置決めするための突起を有する請求項７に記
載の光半導体装置。
【請求項１１】ホルダと半導体発光素子の放熱ステムが
互いに溶接固定された請求項７に記載の光半導体装置。
【請求項１２】リングの外周に、光半導体装置の位置決
め収納固定するための凹部を設けた請求項１または７に
記載の光半導体装置。
【請求項１３】レセプタクルとリングは光軸に垂直な方
向に互いに接する面を有し、かつホルダとリングは光軸
に平行な方向に互いに接する面を有する請求項１または
７に記載の光半導体装置。
【請求項１４】レセプタクルが鉄を含む金属粉末を成形
して焼き固めた焼結体である請求項７に記載の光半導体
装置。
【請求項１５】半導体発光素子から放射された光をレン
ズで集光し光ファイバに結合するための光半導体装置に
おいて、中央に突起を有する円盤状のステムと、前記突
起の先端方向に光を放射するため前記突起の側面に設け
られた半導体発光素子と、前記半導体発光素子と光軸を
一致して前記突起の先端部に設けられたプラスチックレ
ンズと、先端に透明な平板を有し前記レンズと半導体発
光素子とを覆い且つその端部が前記ステムに接した円筒
形の保護キャップと、中央に光ファイバを固定したフェ
ルールを挿入するための貫通穴を有し前記保護キャップ
に中心軸を一致して設けたレセプタクルとを備え、前記
半導体発光素子が放射した光を前記レンズで前記保護キ
ャップの先端面に集光することを特徴とする光半導体装
置。
【請求項１６】突起が角柱である請求項１５に記載の光
半導体装置。
【請求項１７】透明な平板が平板レンズで構成され、半
導体発光素子が放射した光を前記平板レンズの先端面に
集光する請求項１５に記載の光半導体装置。
【請求項１８】レンズが保護キャップの内壁に接着固定
された請求項１５に記載の光半導体装置。
【請求項１９】レセプタクルが鉄を含む金属粉末を成形
して焼き固めた焼結体である請求項１または１５に記載
の光半導体装置。