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JP2005223189A - Optical semiconductor module - Google Patents

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JP2005223189A
JP2005223189A JP2004030511A JP2004030511A JP2005223189A JP 2005223189 A JP2005223189 A JP 2005223189A JP 2004030511 A JP2004030511 A JP 2004030511A JP 2004030511 A JP2004030511 A JP 2004030511A JP 2005223189 A JP2005223189 A JP 2005223189A
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JP
Japan
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optical semiconductor
semiconductor module
temperature
temperature sensor
semiconductor laser
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Pending
Application number
JP2004030511A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
哲丞 ▲濱▼野
Tetsutsugu Hamano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yamaha Corp
Original Assignee
Yamaha Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical semiconductor module, wherein a semiconductor laser element (LD) can operate stably, by arranging a temperature sensor for measuring the temperature of the semiconductor laser element (LD) allocated in the optical semiconductor module. <P>SOLUTION: In the optical semiconductor module 10, an optical semiconductor element (semiconductor laser) 13 is mounted on a mounting part 12, which is formed in a carrier base 11 in a projecting shape and used as a heat sink. And moreover, a cap which covers the mounting part 12 is fixed to the carrier base 11. Furthermore, the temperature sensor 15 for detecting the temperature in the optical semiconductor module 10 is arranged in the cap, so that the output of the optical semiconductor element (semiconductor laser) 13 is adjusted, according to the output of the temperature sensor 15. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光通信装置に使用される半導体レーザなどの光半導体素子を備えた光半導体モジュールに係り、特に、キャリヤベースから突出して形成されたヒートシンクとなるマウント部に光半導体素子が搭載され、かつこのマウント部を被覆するキャップがキャリヤベースに固着された光半導体モジュールに関する。   The present invention relates to an optical semiconductor module provided with an optical semiconductor element such as a semiconductor laser used in an optical communication device, and in particular, the optical semiconductor element is mounted on a mount portion serving as a heat sink formed protruding from a carrier base, The present invention also relates to an optical semiconductor module in which a cap that covers the mount is fixed to a carrier base.

光通信の大容量化に伴い、光半導体モジュールに用いられる光半導体素子に高出力の半導体レーザ素子が用いられるようになった。この種の高出力の半導体レーザ素子(LD:Laser Diode)を備えた光半導体モジュールとして、バタフライタイプ、DIP(Dual Inlin Package)タイプ、ステムを用いた同軸タイプなどが実用化されている。このうち、バタフライタイプやDIPタイプはパッケージそのものが高価であるとともに、放熱のために高価な電子冷却素子(TEC:Thermo Electric Cooler)をパッケージ内に収容する必要があった。   With the increase in capacity of optical communication, high-power semiconductor laser elements have come to be used for optical semiconductor elements used in optical semiconductor modules. As an optical semiconductor module including this type of high-power semiconductor laser element (LD: Laser Diode), a butterfly type, a DIP (Dual Inlin Package) type, a coaxial type using a stem, and the like have been put into practical use. Among these, the butterfly type and the DIP type are expensive in package, and an expensive electronic cooling element (TEC: Thermo Electric Cooler) needs to be accommodated in the package for heat dissipation.

このため、比較的構造が簡単で安価な同軸タイプの光半導体モジュールが普及するようになった。ところが、この種の同軸タイプの光半導体モジュールにおいては、冷却をしない比較的低出力のLDを用いているため、高出力の用途に対しては不向きであった。ところが、近年、高出力タイプのLDの低価格化が進行し、かつ高温での安定動作が可能になったことから、電子冷却素子(TEC)を搭載しない同軸タイプの光半導体モジュールの用途が拡大し、高出力タイプのLDを搭載して長距離通信用モジュールあるいは光アンプの用途に対しても用いられるようになった。
特開2001−284700号公報
For this reason, coaxial type optical semiconductor modules that are relatively simple in structure and inexpensive have come into wide use. However, this type of optical semiconductor module of the coaxial type uses a relatively low output LD that is not cooled, and thus is unsuitable for high output applications. However, in recent years, the cost of high-power LDs has been reduced, and stable operation at high temperatures has become possible, increasing the use of coaxial-type optical semiconductor modules that are not equipped with an electronic cooling element (TEC). However, it has come to be used for long-distance communication modules or optical amplifiers with a high output type LD.
JP 2001-284700 A

ところが、これらの長距離通信用モジュールあるいは光アンプの用途で使用される半導体レーザ素子(LD)においては、高温での動作が可能になっているとはいえ、光半導体モジュールの周囲の温度が何らかの原因により上昇することにより、半導体レーザ素子の温度が設計温度を上回ってしまう恐れがある。このため、半導体レーザ素子の温度を直接測定して、設計温度以下に制御することが望ましい。   However, in these semiconductor laser elements (LD) used for long-distance communication modules or optical amplifiers, although the operation at high temperature is possible, the ambient temperature of the optical semiconductor module is If the temperature rises due to the cause, the temperature of the semiconductor laser element may exceed the design temperature. For this reason, it is desirable to directly measure the temperature of the semiconductor laser element and control it below the design temperature.

しかしながら、この種の同軸タイプの光半導体モジュールにおいては、バタフライタイプやDIPタイプの光半導体モジュールとは異なり、電力供給用のリード端子が2本で、信号出力用のリード端子が1本で、アース用のリード端子が1本であって、これらのリード端子をこれ以上に配置するためのスペースが無いという問題があった。また、半導体レーザ素子の温度を測定するための温度センサを設置するためのスペースも無いという問題があった。このため、半導体レーザ素子の温度を測定するための温度センサを配置できないという問題が生じた。   However, in this type of optical semiconductor module, unlike the butterfly type or DIP type optical semiconductor module, there are two lead terminals for power supply, one lead terminal for signal output, and grounding. There is a problem that there is one lead terminal for use, and there is no space for arranging these lead terminals beyond this. There is also a problem that there is no space for installing a temperature sensor for measuring the temperature of the semiconductor laser element. For this reason, the problem that the temperature sensor for measuring the temperature of a semiconductor laser element cannot be arrange | positioned occurred.

そこで、本発明は上記の如き問題点を解消するためになされたものであり、光半導体モジュール内に配設された半導体レーザ素子の温度を測定するための温度センサおよびこのためのリード端子を光半導体モジュール内に配置できるようにして、半導体レーザ素子が安定して動作できる光半導体モジュールを提供することを目的とする。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and a temperature sensor for measuring the temperature of a semiconductor laser element disposed in an optical semiconductor module and a lead terminal for this purpose are optically connected. An object of the present invention is to provide an optical semiconductor module in which a semiconductor laser element can operate stably so that it can be arranged in a semiconductor module.

本発明はキャリヤベースから突出して形成されたヒートシンクとなるマウント部に光半導体素子(半導体レーザ)が搭載され、かつこのマウント部を被覆するキャップがキャリヤベースに固着された光半導体モジュールであって、上記目的を達成するため、光半導体モジュール内の温度を検出するための温度センサがキャップ内に配設されていて、該温度センサの出力に応じて光半導体素子(半導体レーザ)の出力を調整するようになされていることを特徴とする。   The present invention is an optical semiconductor module in which an optical semiconductor element (semiconductor laser) is mounted on a mount portion serving as a heat sink that protrudes from a carrier base, and a cap that covers the mount portion is fixed to the carrier base. In order to achieve the above object, a temperature sensor for detecting the temperature in the optical semiconductor module is disposed in the cap, and the output of the optical semiconductor element (semiconductor laser) is adjusted according to the output of the temperature sensor. It is characterized by the above.

このように、温度センサの出力により光半導体素子(半導体レーザ)の出力を調整するようになされていると、環境温度が変化(上昇)して光半導体素子(半導体レーザ)の温度が設計温度に近づくと、温度センサが制御回路に検出信号を出力するようになる。すると、制御回路は光半導体素子(半導体レーザ)の出力を減少させる動作をするため、光半導体素子の発熱温度は低下するようになる。これにより、光半導体素子(半導体レーザ)の温度を設計温度以下に保つことが可能となる。   Thus, when the output of the optical semiconductor element (semiconductor laser) is adjusted by the output of the temperature sensor, the environmental temperature changes (rises) and the temperature of the optical semiconductor element (semiconductor laser) becomes the design temperature. When approaching, the temperature sensor outputs a detection signal to the control circuit. Then, since the control circuit operates to reduce the output of the optical semiconductor element (semiconductor laser), the heat generation temperature of the optical semiconductor element is lowered. Thereby, the temperature of the optical semiconductor element (semiconductor laser) can be kept below the design temperature.

この場合、光半導体素子(半導体レーザ)が搭載されたマウント部の該素子の位置とは反対側に温度センサを配設するようにすると、温度センサはマウント部に配設されるようになる。この場合、温度センサが配設されたマウント部の近傍のアース用のリード端子を温度センサ用のリード端子とすれば、新たに温度センサ用のリード端子を設ける必要がなくなる。そして、温度センサが光半導体素子(半導体レーザ)の配置位置とは反対側に配設すると、温度センサに直接に光半導体素子の温度が伝搬することとなる。この結果、温度センサは正確に光半導体素子の温度を知ることができ、光半導体素子の出力を正確に調整することが可能となる。   In this case, when the temperature sensor is disposed on the side opposite to the position of the mount portion on which the optical semiconductor element (semiconductor laser) is mounted, the temperature sensor is disposed on the mount portion. In this case, if the lead terminal for grounding in the vicinity of the mount portion where the temperature sensor is disposed is used as the lead terminal for temperature sensor, there is no need to newly provide a lead terminal for temperature sensor. If the temperature sensor is disposed on the side opposite to the position where the optical semiconductor element (semiconductor laser) is disposed, the temperature of the optical semiconductor element is directly propagated to the temperature sensor. As a result, the temperature sensor can accurately know the temperature of the optical semiconductor element, and can accurately adjust the output of the optical semiconductor element.

なお、ヒートシンクとなるマウント部はCuW合金、CuMo合金、CuO−Cu複合体、AlNから選択されたいずれかの高熱伝導性材料により形成されていると、マウント部での放熱性が向上するため、光半導体素子(半導体レーザ)で発生した熱を放出することが可能となり、光半導体素子(半導体レーザ)の温度上昇を低減させることが可能となる。この場合、キャリヤベースもCuW合金、CuMo合金、CuO−Cu複合体、AlNから選択されたいずれかの高熱伝導性材料により形成され、かつマウント部も一体的に形成されていると、光半導体モジュール全体としての放熱性が向上するため、さらに、光半導体素子(半導体レーザ)の温度上昇を低減させることが可能となる。   In addition, since the mount part used as a heat sink is formed of any one of the high thermal conductive materials selected from CuW alloy, CuMo alloy, CuO-Cu composite, and AlN, the heat dissipation at the mount part is improved. The heat generated in the optical semiconductor element (semiconductor laser) can be released, and the temperature rise of the optical semiconductor element (semiconductor laser) can be reduced. In this case, if the carrier base is also made of a high thermal conductivity material selected from CuW alloy, CuMo alloy, CuO-Cu composite, and AlN, and the mount portion is also integrally formed, the optical semiconductor module Since heat dissipation as a whole improves, it is possible to further reduce the temperature rise of the optical semiconductor element (semiconductor laser).

ここで、CuW合金において、Cuの割合が増大するに伴って熱伝導度が増大する反面、熱膨張率も増大する。これは、Cuは熱伝導に優れた金属であることから、Cuの割合が増大すればするほど熱膨張率が増大する。このため、低熱膨張率のCuW合金とするためにはCuの割合を規制する必要がある。そして、Cuの割合が5wt%以上であれば熱伝導度が向上し、Cuの割合が30wt%以下であれば低熱膨張率となる。このことから、CuW合金のCuの含有割合はCuW合金の質量に対して5wt%以上で、30wt%以下にするのが望ましいということができる。   Here, in the CuW alloy, the thermal conductivity increases as the proportion of Cu increases, but the thermal expansion coefficient also increases. This is because Cu is a metal excellent in heat conduction, and as the proportion of Cu increases, the coefficient of thermal expansion increases. For this reason, in order to obtain a CuW alloy having a low coefficient of thermal expansion, it is necessary to regulate the ratio of Cu. And if the ratio of Cu is 5 wt% or more, thermal conductivity will improve, and if the ratio of Cu is 30 wt% or less, it will become a low coefficient of thermal expansion. From this, it can be said that the Cu content in the CuW alloy is desirably 5 wt% or more and 30 wt% or less with respect to the mass of the CuW alloy.

一方、CuMo合金においてもCuW合金と同様に、Cuの割合が増大するに伴って熱伝導度が増大する反面、熱膨張率も増大する。これは、Cuは熱伝導に優れた金属であることから、Cuの割合が増大すればするほど熱膨張率が増大する。このため、低熱膨張率のCuMo合金とするためにはCuの割合を規制する必要がある。そして、Cuの割合が10wt%以上であれば熱伝導度が向上し、Cuの割合が50wt%以下であれば低熱膨張率となる。このことから、CuMo合金のCuの含有割合はCuMo合金の質量に対して10wt%以上で、50wt%以下にするのが望ましいということができる。   On the other hand, in the CuMo alloy, as in the CuW alloy, the thermal conductivity increases as the Cu ratio increases, but the thermal expansion coefficient also increases. This is because Cu is a metal excellent in heat conduction, and as the proportion of Cu increases, the coefficient of thermal expansion increases. For this reason, in order to set it as the CuMo alloy of a low thermal expansion coefficient, it is necessary to regulate the ratio of Cu. And if the ratio of Cu is 10 wt% or more, thermal conductivity will improve, and if the ratio of Cu is 50 wt% or less, it will become a low coefficient of thermal expansion. From this, it can be said that the Cu content in the CuMo alloy is preferably 10 wt% or more and 50 wt% or less with respect to the mass of the CuMo alloy.

ついで、本発明の光半導体モジュールの一実施の形態を図に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図1は本発明のステムタイプの光半導体モジュールの主要部となるキャリヤを模式的に示す斜視図である。図2は図1のキャリヤにリード端子を装着した状態の主要部を拡大して模式的に示す斜視図である。   Next, an optical semiconductor module according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment, and may be changed as appropriate without changing the object of the present invention. Can be implemented. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a carrier as a main part of the stem type optical semiconductor module of the present invention. FIG. 2 is a perspective view schematically showing an enlarged main part in a state where lead terminals are mounted on the carrier of FIG.

また、図3は図1のキャリヤに各素子を配置し、これらの各素子をリード端子に接続し、キャップを装着して光半導体モジュールとした状態を模式的に示す斜視図である。図4は温度センサがない場合のヒータによる加熱時間(経過時間)と光半導体モジュールの温度の関係を示す図である。図5は温度センサがある場合のヒータによる加熱時間(経過時間)と光半導体モジュールの温度の関係を示す図である。   FIG. 3 is a perspective view schematically showing a state in which each element is arranged on the carrier of FIG. 1, each element is connected to a lead terminal, and a cap is attached to form an optical semiconductor module. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the heating time (elapsed time) by the heater and the temperature of the optical semiconductor module when there is no temperature sensor. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the heating time (elapsed time) by the heater and the temperature of the optical semiconductor module when there is a temperature sensor.

1.光半導体モジュール
本発明の光半導体モジュール10は、図1〜図3に示すように、キャリヤベース11とマウント部12とからなるキャリヤ10aと、マウント部12に搭載された半導体レーザ素子(LD)13と、受光素子(PD)14と、温度センサ素子(サーミスタ)15と、これらを気密に保持するキャップ16とから構成されている。この場合、マウント部12は横断面が台形状になる6面体から形成されていて、その平滑面が形成された1面の上部に半導体レーザ素子(LD)13が、下部に受光素子素子(PD)14が取り付けられているとともに、この面の反対側には温度センサ素子(サーミスタ)15が取り付けられている。
1. Optical Semiconductor Module As shown in FIGS. 1 to 3, the optical semiconductor module 10 of the present invention includes a carrier 10 a composed of a carrier base 11 and a mount portion 12, and a semiconductor laser element (LD) 13 mounted on the mount portion 12. And a light receiving element (PD) 14, a temperature sensor element (thermistor) 15, and a cap 16 that keeps them airtight. In this case, the mount portion 12 is formed of a hexahedron having a trapezoidal cross section, and a semiconductor laser element (LD) 13 is formed on the upper surface of the smooth surface, and a light receiving element (PD) is formed on the lower portion. ) 14 is attached, and a temperature sensor element (thermistor) 15 is attached to the opposite side of this surface.

ここで、キャリヤベース11はCuW合金により3段階の階段状に形成されており、第1段で底部を形成する平面形状が長方形で平板状の取付部11aと、第2段でキャップを固定する円柱状のキャップ固定部11bと、第3段で複数のリードを固定して第2段より小径の円柱状に形成された端子部11cとからなる。また、マウント部12はキャリヤベース11の上部に位置するようにCuW合金によりに形成されている。そして、これらのキャリヤベース11とマウント部12は焼結体により一体的に形成されている。   Here, the carrier base 11 is formed of a CuW alloy in a three-step staircase shape, and the flat shape forming the bottom portion in the first step is a rectangular and flat plate-shaped mounting portion 11a, and the cap is fixed in the second step. It consists of a cylindrical cap fixing part 11b and a terminal part 11c formed in a cylindrical shape having a smaller diameter than the second stage by fixing a plurality of leads in the third stage. The mount portion 12 is formed of a CuW alloy so as to be positioned above the carrier base 11. The carrier base 11 and the mount portion 12 are integrally formed of a sintered body.

また、キャリヤベース11には端子部11cの上面に開口する4個の貫通孔18,18,18,18が形成されており、これらの4個の貫通孔18,18,18,18内にリード端子18a,18b,18c、18dが挿入されており、各リード端子18a,18b,18c、18dはガラスによりハーメチックシールがなされている。なお、複数のリード端子18a,18b,18c、18dの上部はキャリヤベース11の端子部11cの上面に延出している。この延出した部分に、半導体レーザ素子13や受光素子14や温度センサ素子(サーミスタ)15を金ワイヤーで接続している。   Also, the carrier base 11 is formed with four through holes 18, 18, 18, 18 opened on the upper surface of the terminal portion 11c, and leads are provided in these four through holes 18, 18, 18, 18. Terminals 18a, 18b, 18c and 18d are inserted, and the lead terminals 18a, 18b, 18c and 18d are hermetically sealed with glass. Note that the upper portions of the plurality of lead terminals 18 a, 18 b, 18 c, 18 d extend to the upper surface of the terminal portion 11 c of the carrier base 11. A semiconductor laser element 13, a light receiving element 14, and a temperature sensor element (thermistor) 15 are connected to the extended portion by a gold wire.

さらに、CuW合金よりなるキャリヤベース11の上に半導体レーザ13や受光素子14や温度センサ(サーミスタ)15を気密に保持するためのキャップ16が接合されている。この場合、CuW合金よりなるキャップ固定部11bとキャップ16との接合を良好にするため、キャップ固定部11bの表面にニッケルメッキが施され、このニッケルメッキの上にコバール製のリング(図示せず)がロウ付けされている。そして、このコバール製リングの上にキャップ16が抵抗溶接により接合されている。なお、このキャップ16の先端部には光ファイバ17が取り付けられ、この光ファイバ17に効率よくレーザ光が入射するように、キャップ16内にはレンズ(図示せず)が収容されている。   Further, a cap 16 for holding the semiconductor laser 13, the light receiving element 14, and the temperature sensor (thermistor) 15 in an airtight manner is joined to the carrier base 11 made of a CuW alloy. In this case, nickel plating is applied to the surface of the cap fixing portion 11b in order to improve the bonding between the cap fixing portion 11b made of the CuW alloy and the cap 16, and a Kovar ring (not shown) is formed on the nickel plating. ) Is brazed. A cap 16 is joined to the Kovar ring by resistance welding. An optical fiber 17 is attached to the tip of the cap 16, and a lens (not shown) is accommodated in the cap 16 so that laser light is efficiently incident on the optical fiber 17.

2.光半導体モジュールの作製法
ついで、上述のような構成となる光半導体モジュール10の作製手順を以下に詳細に説明する。まず、タングステン(W)の含有割合が95〜70質量%で、銅(Cu)の含有割合が5〜30質量%になるように調整した平均粒径が1μmのW粉末とCu粉末とを混合した。この混合粉末に、バインダとしてのアクリル系樹脂を混合粉末の質量に対して45質量%を加えて混練機で混合、混練して成形用組成物とした。ついで、得られた成形用組成物をペレタイザーによりペレット化した。これを射出成型機のホッパ内に投入し、射出温度が160℃で、金型温度が25℃の金型内に射出成形した。
2. Next, a manufacturing procedure of the optical semiconductor module 10 configured as described above will be described in detail below. First, W powder with an average particle diameter of 1 μm adjusted so that the content ratio of tungsten (W) is 95 to 70 mass% and the content ratio of copper (Cu) is 5 to 30 mass% is mixed with Cu powder. did. To this mixed powder, an acrylic resin as a binder was added in an amount of 45% by mass with respect to the mass of the mixed powder and mixed and kneaded with a kneader to obtain a molding composition. Subsequently, the obtained molding composition was pelletized with a pelletizer. This was put into a hopper of an injection molding machine and injection molded into a mold having an injection temperature of 160 ° C. and a mold temperature of 25 ° C.

この後、金型を水冷して射出物を固化させて図1に示すようなキャリヤ10aになるグリーン体(成形体)を得た。ついで、このグリーン体を図示しない脱バインダ装置内に配置した。この後、脱バインダ装置内に窒素ガスを流入させて、窒素雰囲気にした。そして、所定の昇温速度で所定の温度(例えば、500〜550℃)まで加熱し、所定の時間(例えば、30分〜2時間)だけ保持して、グリーン体を脱バインダ処理した。この脱バインダ処理により、上述したバインダは揮散して(除去されて)、WとCuからなるブラウン体とした。この後、室温まで冷却してブラウン体を脱バインダ装置から取り出した。   Thereafter, the mold was water-cooled to solidify the injection, and a green body (molded body) to become the carrier 10a as shown in FIG. 1 was obtained. Next, this green body was placed in a binder removal apparatus (not shown). Thereafter, nitrogen gas was introduced into the binder removal apparatus to create a nitrogen atmosphere. And it heated to predetermined | prescribed temperature (for example, 500-550 degreeC) with a predetermined | prescribed temperature increase rate, hold | maintained only for the predetermined | prescribed time (for example, 30 minutes-2 hours), and the green body was debinder-processed. By the binder removal process, the above-described binder is volatilized (removed) to obtain a brown body made of W and Cu. Then, it cooled to room temperature and took out the brown body from the binder removal apparatus.

ついで、得られたブラウン体を図示しない脱酸素装置内に配置した。この後、脱酸素装置内に水素ガスを流入させて、銅の融点温度以下の温度環境(例えば、500℃〜1000℃)で、ブラウン体を水素ガスの気流に充分に曝して、ブラウン体を脱酸素処理した。この脱酸素処理により、ブラウン体を構成するW粒子表面の酸化層は充分に還元されて、銅との濡れ性が向上するようになる。ついで、脱酸素処理されたブラウン体を焼結炉に入れ、水素気流中で焼結し、図1に示すような、WCu合金の焼結体からなる半導体キャリヤ10aを作製した。   Next, the obtained brown body was placed in a deoxygenation device (not shown). Thereafter, hydrogen gas is allowed to flow into the deoxygenator, and the brown body is sufficiently exposed to a hydrogen gas stream in a temperature environment (for example, 500 ° C. to 1000 ° C.) below the melting point temperature of copper. Deoxygenated. By this deoxygenation treatment, the oxide layer on the surface of the W particles constituting the brown body is sufficiently reduced, and the wettability with copper is improved. Next, the deoxidized brown body was placed in a sintering furnace and sintered in a hydrogen stream to produce a semiconductor carrier 10a made of a WCu alloy sintered body as shown in FIG.

ついで、上述のようにして作製された半導体キャリヤ10aのマウント部12の相対向する2側面部を機械加工により、表面粗さがTIR(最大高さ)で最大3μm、Ra(平均粗さ)で0.5μm以下となるように平滑に研磨した。その後、ブラストマシンにより、加工バリを除去して、これらの表面全体にニッケルメッキ(例えば、厚み2μm)を施した。ついで、各貫通孔18,18,18,18内にコバール製のリード端子18a,18b,18c、18dをガラス封着材を介して挿入した後、リフロー炉(最高温度は1000℃程度)中でこれらのリード端子18a,18b,18c、18dをガラス封着した。   Next, two opposing side surface portions of the mounting portion 12 of the semiconductor carrier 10a manufactured as described above are machined to have a surface roughness of TIR (maximum height) of maximum 3 μm and Ra (average roughness). Smooth polishing was performed so that the thickness was 0.5 μm or less. Thereafter, the processing burr was removed by a blast machine, and nickel plating (for example, 2 μm in thickness) was applied to the entire surface. Next, after inserting Kovar lead terminals 18a, 18b, 18c, 18d through the glass sealing material into the through holes 18, 18, 18, 18 in a reflow furnace (maximum temperature is about 1000 ° C.). These lead terminals 18a, 18b, 18c, and 18d were glass sealed.

ついで、キャップ固定部11bの上に銀蝋を介してコバール製リングを配置した後、リフロー炉(最高温度は850℃)中でキャップ固定部11bの上にコバール製リングを接合した。この後、これらの表面全体にニッケルメッキ(例えば、厚み1μm)を施した後、その上に金メッキ(例えば、厚み1μm)を施した。この後、マウント部12の平滑面にレーザが上向きに出射するように半導体レーザ素子(LD)13をAuSn半田で固定した。また、この半導体レーザ素子(LD)13の下部の平滑面に、レーザの出力を監視、制御するための受光素子(PD)14をAuSn半田で固定した。さらに、これらの面の反対側の平滑面に温度センサ素子(サーミスタ)15をAuSn半田で固定した。   Next, after placing a Kovar ring on the cap fixing portion 11b via silver wax, the Kovar ring was joined on the cap fixing portion 11b in a reflow furnace (maximum temperature was 850 ° C.). Then, after nickel plating (for example, thickness 1 micrometer) was given to these whole surfaces, gold plating (for example, thickness 1 micrometer) was performed on it. Thereafter, the semiconductor laser element (LD) 13 was fixed with AuSn solder so that the laser was emitted upward on the smooth surface of the mount portion 12. A light receiving element (PD) 14 for monitoring and controlling the output of the laser was fixed to the smooth surface below the semiconductor laser element (LD) 13 with AuSn solder. Further, a temperature sensor element (thermistor) 15 was fixed to the smooth surface opposite to these surfaces with AuSn solder.

この後、リード端子18a,18cと半導体レーザ素子(LD)13とを金ワイヤーで接合した。また、リード端子18bと受光素子(PD)14とを金ワイヤーで接合するとともに、リード端子18dと温度センサ素子(サーミスタ)15とを金ワイヤーで接合した。一方、半導体レーザ(LD)13や受光素子(PD)14や温度センサ素子(サーミスタ)15を気密に保持するためのキャップ16を用意した。ついで、このキャップ16をキャリヤベース11のキャップ固定部11cに接合されたコバール製リングの上に抵抗溶接で接合して、光半導体モジュール10を作製した。   Thereafter, the lead terminals 18a and 18c and the semiconductor laser element (LD) 13 were joined with a gold wire. Further, the lead terminal 18b and the light receiving element (PD) 14 were joined by a gold wire, and the lead terminal 18d and the temperature sensor element (thermistor) 15 were joined by a gold wire. On the other hand, a cap 16 for holding the semiconductor laser (LD) 13, the light receiving element (PD) 14, and the temperature sensor element (thermistor) 15 in an airtight manner was prepared. Next, the cap 16 was joined by resistance welding onto a Kovar ring joined to the cap fixing portion 11c of the carrier base 11 to produce the optical semiconductor module 10.

この場合、一般に抵抗溶接は窒素ガスの雰囲気で行われるので、溶接時に窒素ガスを封入して行うようにしてもよい。なお、このキャップ16の先端部には光ファイバ17が取り付けられ、この光ファイバ17に効率よくレーザ光が入射するように、レンズ(図示せず)が収容されている。このように構成された光半導体モジュール10においては、半導体レーザ13から上方に出射されたレーザ光は、レンズによって光ファイバ17に効率よく結合される。   In this case, since resistance welding is generally performed in an atmosphere of nitrogen gas, nitrogen gas may be enclosed during welding. An optical fiber 17 is attached to the tip of the cap 16, and a lens (not shown) is accommodated so that laser light can be efficiently incident on the optical fiber 17. In the optical semiconductor module 10 configured as described above, the laser light emitted upward from the semiconductor laser 13 is efficiently coupled to the optical fiber 17 by the lens.

そして、この光半導体モジュール10の外部には温度制御回路が設けられている。そして、この温度制御回路の信号入力部に、温度センサ素子(サーミスタ)15に接続されたリード端子18dから延出したリード線が接続される。一方、温度制御回路の出力部に半導体レーザ(LD)13に接続されたリード端子18a,18cから延出したリード線が接続される。これにより、温度センサ素子(サーミスタ)15が検出した温度により半導体レーザ(LD)13に印加する電力を制御できるようになるので、半導体レーザ(LD)13が発生する発熱量を一定に制御できるようになる。   A temperature control circuit is provided outside the optical semiconductor module 10. A lead wire extending from a lead terminal 18 d connected to the temperature sensor element (thermistor) 15 is connected to the signal input portion of the temperature control circuit. On the other hand, lead wires extending from lead terminals 18a and 18c connected to the semiconductor laser (LD) 13 are connected to the output portion of the temperature control circuit. As a result, the power applied to the semiconductor laser (LD) 13 can be controlled by the temperature detected by the temperature sensor element (thermistor) 15, so that the amount of heat generated by the semiconductor laser (LD) 13 can be controlled to be constant. become.

ここで、発熱試験を行うために、半導体レーザ(LD)13が発生する発熱量に相当する発熱量を有する小型ヒータをマウント部12の半導体レーザ(LD)13の取付位置に取り付け、この光半導体モジュール10内に温度計を配置してモジュール10内の温度を測定すると、図4に示すような結果が得られた。なお、図4において、曲線Aは環境温度が25℃の場合を示し、曲線Bは環境温度が35℃の場合を示している。この図4の結果から明らかなように、環境温度が25℃と低い場合は設計温度である60℃を上回ることがないが、環境温度が35℃と高くなると設計温度の60℃を上回るようになることが分かる。   Here, in order to perform a heat generation test, a small heater having a heat generation amount corresponding to the heat generation amount generated by the semiconductor laser (LD) 13 is mounted at the mounting position of the semiconductor laser (LD) 13 of the mount portion 12, and this optical semiconductor is mounted. When a thermometer was placed in the module 10 and the temperature in the module 10 was measured, a result as shown in FIG. 4 was obtained. In FIG. 4, curve A shows the case where the environmental temperature is 25 ° C., and curve B shows the case where the environmental temperature is 35 ° C. As is clear from the results of FIG. 4, when the environmental temperature is as low as 25 ° C., the design temperature does not exceed 60 ° C., but when the environmental temperature increases as 35 ° C., the design temperature exceeds 60 ° C. I understand that

一方、半導体レーザ(LD)13が発生する発熱量に相当する発熱量を有する小型ヒータをマウント部12の半導体レーザ(LD)13の取付位置に取り付けるとともに、このヒータの取付位置の反対側のマウント部12に温度センサ素子(サーミスタ)15を取り付け、温度センサ素子(サーミスタ)15が検出した温度が設定温度(例えば、55℃)になると、ヒータに印加する電力を制御するようにした。そして、この光半導体モジュール10内に温度計を配置してモジュール10内の温度を環境温度が35℃の条件で測定すると、図5に示すような結果が得られた。   On the other hand, a small heater having a calorific value corresponding to the calorific value generated by the semiconductor laser (LD) 13 is attached to the mounting position of the semiconductor laser (LD) 13 of the mount portion 12, and the mount on the opposite side of the heater mounting position. A temperature sensor element (thermistor) 15 is attached to the section 12, and when the temperature detected by the temperature sensor element (thermistor) 15 reaches a set temperature (for example, 55 ° C.), the power applied to the heater is controlled. And when the thermometer was arrange | positioned in this optical semiconductor module 10 and the temperature in the module 10 was measured on the conditions whose environmental temperature is 35 degreeC, the result as shown in FIG. 5 was obtained.

図5の結果から明らかなように、環境温度が35℃と高くなっても、光半導体モジュール10内の温度が設定温度の55℃に上昇すると、ヒータに印加される電力が制御される。このため、モジュール10内の温度は設計温度の60℃を上回ることがなく、設定温度である55℃の一定温度に保つことができるようになることが分かる。   As is apparent from the results of FIG. 5, even when the environmental temperature is as high as 35 ° C., the power applied to the heater is controlled when the temperature in the optical semiconductor module 10 rises to the set temperature of 55 ° C. Therefore, it can be seen that the temperature in the module 10 does not exceed the design temperature of 60 ° C., and can be kept at a constant temperature of 55 ° C., which is the set temperature.

なお、上述した実施の形態においては、温度センサ素子としてサーミスタを用いる例について説明したが、配置するスペースがあれば、サーミスタに代えてCMOS温度センサ、あるいは白金抵抗素子を用いるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the example in which the thermistor is used as the temperature sensor element has been described. However, if there is a space to arrange the temperature sensor element, a CMOS temperature sensor or a platinum resistance element may be used instead of the thermistor.

本発明のステムタイプの光半導体モジュールの主要部となるキャリヤを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the carrier used as the principal part of the stem type optical semiconductor module of this invention. 図1のキャリヤにリード端子を装着した状態の主要部を拡大して模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing an enlarged main part in a state where lead terminals are mounted on the carrier of FIG. 1. 図1のキャリヤに各素子を配置し、こらの各素子をリード端子に接続してキャップを装着して光半導体モジュールとした状態を模式的に示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view schematically showing a state where each element is arranged on the carrier of FIG. 1, each element is connected to a lead terminal, and a cap is attached to form an optical semiconductor module. 温度センサがない場合のヒータによる加熱時間(経過時間)と光半導体モジュールの温度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heating time (elapsed time) by a heater in case there is no temperature sensor, and the temperature of an optical semiconductor module. 温度センサがある場合のヒータによる加熱時間(経過時間)と光半導体モジュールの温度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the heating time (elapsed time) by a heater in case there exists a temperature sensor, and the temperature of an optical semiconductor module.

符号の説明Explanation of symbols

10…光半導体モジュール、10a…キャリヤ、11…キャリヤベース、11a…取付部、11b…キャップ固定部、11c…端子部、12…マウント部、13…半導体レーザ素子、14…受光素子、15…温度センサ、16…キャップ、17…光ファイバ、18…貫通孔、18,18b,18c,18d…リード端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical semiconductor module, 10a ... Carrier, 11 ... Carrier base, 11a ... Mounting part, 11b ... Cap fixing part, 11c ... Terminal part, 12 ... Mount part, 13 ... Semiconductor laser element, 14 ... Light receiving element, 15 ... Temperature Sensor, 16 ... cap, 17 ... optical fiber, 18 ... through hole, 18, 18b, 18c, 18d ... lead terminal

Claims (8)

キャリヤベースから突出して形成されたヒートシンクとなるマウント部に光半導体素子が搭載され、かつ該マウント部を被覆するキャップが前記キャリヤベースに固着された光半導体モジュールであって、
前記光半導体モジュール内の温度を検出するための温度センサが前記キャップ内に配設されていて、該温度センサの出力に応じて前記光半導体素子の出力を調整するようになされていることを特徴とする光半導体モジュール。
An optical semiconductor module in which an optical semiconductor element is mounted on a mount portion serving as a heat sink that protrudes from a carrier base, and a cap that covers the mount portion is fixed to the carrier base,
A temperature sensor for detecting the temperature in the optical semiconductor module is disposed in the cap, and the output of the optical semiconductor element is adjusted according to the output of the temperature sensor. An optical semiconductor module.
前記温度センサは前記光半導体素子が搭載された前記マウント部の該素子の位置とは反対側に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の光半導体モジュール。 The optical semiconductor module according to claim 1, wherein the temperature sensor is disposed on a side opposite to a position of the mount portion on which the optical semiconductor element is mounted. 前記温度センサの出力信号用リード端子は前記キャリヤベースに配設されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光半導体モジュール。 3. The optical semiconductor module according to claim 1, wherein an output signal lead terminal of the temperature sensor is disposed on the carrier base. 前記温度センサの出力信号用端子を含めて4つのリード端子が前記キャリヤベースに配設されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の光半導体モジュール。 4. The optical semiconductor module according to claim 1, wherein four lead terminals including an output signal terminal of the temperature sensor are disposed on the carrier base. 5. 前記ヒートシンクとなるマウント部はCuW合金、CuMo合金、CuO−Cu複合体、AlNから選択されたいずれかの高熱伝導性材料により形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の光半導体モジュール。 5. The mount part to be the heat sink is formed of any one of high thermal conductivity materials selected from CuW alloy, CuMo alloy, CuO—Cu composite, and AlN. An optical semiconductor module according to claim 1. 前記キャリヤベースもCuW合金、CuMo合金、CuO−Cu複合体、AlNから選択されたいずれかの高熱伝導性材料により形成され、かつ前記マウント部も一体的に形成されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の光半導体モジュール。 The carrier base is also formed of any one of a high thermal conductivity material selected from a CuW alloy, a CuMo alloy, a CuO-Cu composite, and AlN, and the mount portion is also integrally formed. The optical semiconductor module according to any one of claims 1 to 5. 前記CuW合金はCuの含有量が5質量%以上で、30質量%以下であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の光半導体モジュール。 The optical semiconductor module according to claim 5 or 6, wherein the CuW alloy has a Cu content of 5 mass% or more and 30 mass% or less. 前記CuMo合金はCuの含有量が10質量%以上で、50質量%以下であることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の光半導体モジュール。
The optical semiconductor module according to claim 5 or 6, wherein the CuMo alloy has a Cu content of 10 mass% or more and 50 mass% or less.
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