(57)【要約】【課題】出射光の透過特性を向上させること。【解決手段】光半導体装置１０は、ＬＤ１２と、レンズ１３と、ステム１４と、出力部１６と、を備えている。ＬＤ１２は、光を出射する。レンズ１３は、ＬＤ１２から出射された光を通過させる。出力部１６は、レンズ１３を通過した光を外部へ出力する。ステム１４は、ＬＤ１２を支持する第１支持部１４ａと、レンズ１３を支持する第２支持部１４ｂと、が中間部１４ｃを介して一体的に形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射する光半導体素子と、
前記光半導体素子から出射された光を通過させるレンズと、
前記光半導体素子を支持する第１支持部と、前記レンズを支持する第２支持部と、が中間部を介して一体的に形成された支持部材と、
を備えることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記第１支持部は、前記光半導体装置を載置して支持する第１支持面を有し、
前記第２支持部は、前記第１支持面と直交する第２支持面を有し、
前記レンズを保持し、前記第２支持面と接して固定された面を有する前記レンズの位置決め部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記第１支持部に接して設けられ、かつ、前記第２支持部と分離されたペルチェ素子を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記ペルチェ素子と前記第２支持部の間に設けられた断熱部材を備えることを特徴とする請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記支持部材に接して設けられたペルチェ素子を備え、
前記支持部材は、前記光半導体装置を載置して支持する第１支持面を含み前記ペルチェ素子と接する第１構造部と、前記レンズを支持する第２支持面を含み前記第１構造部を囲む第２構造部と、を有し、
前記第１構造部の熱伝導率は、前記第２構造部の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記第１構造部の熱膨張係数は、前記第２構造部の熱膨張係数とほぼ同じであることを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記第１構造部の熱膨張係数は、前記第２構造部の熱膨張係数の半分以上かつ２倍以下であることを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置。
【請求項８】
前記第１構造部はコバールであり、前記第２構造部はパイレックス（登録商標）ガラスであることを特徴とする請求項５に記載の光半導体装置。
【請求項９】
前記光半導体素子は、前記第１支持部に対してアレイ状に複数設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記光半導体素子は、供給された駆動電流に応じた光を出射するレーザーダイオードであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【請求項１１】
通過させた光を前記光半導体素子へ入射させる第２レンズを備え、
前記光半導体素子は、前記第２レンズによって入射された光を増幅して出射する半導体光増幅器であり、
前記支持部材は、第２中間部を介して前記第１支持部と一体的に形成され、前記第２レンズを支持する第３支持部を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【請求項１２】
前記第１支持部、前記中間部および前記第２支持部の並び方向と直交する方向のうちの少なくとも一つの方向において、前記中間部の幅は前記第１支持部および前記第２支持部の幅より小さいことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光を出力する光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ブロードバンドサービスによる通信需要の増大にともない、光通信ネットワークの長距離化および大容量化が進展しており、高速大容量の波長分割多重（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）の開発が進んでいる。波長分割多重とは、波長の異なる光信号を、１本の光ファイバで同時に伝送する伝送方式である。一方、インターネットの急激な普及や大容量コンテンツの増加にともなって、さらに高速、大容量で、かつ柔軟性のある光通信ネットワークが要求されている。
【０００３】
このような光通信ネットワークを構築する技術として、光パケットスイッチングが注目されている。光パケットスイッチングは、通信情報を完全に光のままパケット交換する技術である。光パケットスイッチングは、光信号を電気信号に一旦変換するスイッチングと比べて、電子処理速度の制限がないため、光の伝搬速度を維持しつつ処理が可能になる。このため、光パケットスイッチングを用いれば、高速、大容量の伝送が可能となる。
【０００４】
光信号をパケット単位で光スイッチングする場合は、光信号をＯＮ、ＯＦＦするためにゲートスイッチを使用することになる。電気制御によって光信号をＯＮ、ＯＦＦするゲートスイッチには、主に、電界吸収の効果を利用して吸収を変化させるものと、半導体光増幅器へ供給する駆動電流に応じて利得を変化させるものとがある。
【０００５】
電界吸収型のゲートスイッチは、透過状態でも損失が大きいといった欠点がある。一方、ＳＯＡ（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：半導体光増幅器）は、供給される駆動電流に応じて利得を変化させるスイッチである。ＳＯＡは、ゲートＯＮ時には光を増幅して出力するため、光をＯＮ、ＯＦＦする光ゲートとしての機能だけでなく、光を増幅する機能をも持ち合わせている。
【０００６】
このため、ＳＯＡは、光信号の損失が小さく高速にスイッチングする光素子として注目されている。また、ＳＯＡは、ゲートＯＮ／ＯＦＦの消光比が高く、また増幅機構により光損失を低減化することができる。また、ＳＯＡは、半導体により形成される光素子のため、半導体集積技術によって低コストで小型化可能といった利点を持つ。
【０００７】
なお、ゲートＯＮ／ＯＦＦの消光比とは、ゲートＯＮ時の信号“１”“０”の平均光強度と、ゲートＯＦＦ時の信号“１”“０”の平均光強度の比率である。消光比が大きいほどゲートＯＮ、ＯＦＦを明確に識別することができるため、他のポートへの信号の混信（クロストーク）が少なくなる。このため、符号誤り率が小さくなる。ＳＯＡやＬＤなどの光を出射する光半導体素子は、数百ミリアンペアもの駆動電流が必要となる。
【０００８】
このため、光半導体素子の消費電力は、０．５ワット〜１ワット近くにもおよぶ。また、複数のＳＯＡからなるＳＯＡアレイを用いる場合は、消費電力は数ワットにもおよぶ。また、光半導体素子は、消費電力に対する出力パワー特性が温度低下とともに低下する。このため、光半導体素子を一定の温度に保つために、ペルチェ素子を用いて光半導体素子の温度調節を行う（たとえば、下記特許文献１参照。）。
【０００９】
図１５は、従来の光半導体装置を示す正面断面図である。図１６は、図１５に示した光半導体素子を示す上面図である。従来の光半導体装置１５０は、複数のＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ：レーザーダイオード）からなるＬＤアレイ１５１を備えている。ＬＤアレイ１５１の各ＬＤは、供給される駆動電流に応じた光を出力する。ＬＤアレイ１５１は、第１のステム１５２を介してペルチェ素子１５３上に設けられている。
【００１０】
レンズ１５４は、ＬＤアレイ１５１から出射された各光を通過させる。レンズ１５４は、第２のステム１５５を介してペルチェ素子１５３上に設けられている。ＬＤアレイ１５１とレンズ１５４がともにペルチェ素子１５３上に設けられているのは、ペルチェ素子１５３の温度制御時にペルチェ素子１５３の大きさが変化して、ＬＤアレイ１５１の出射光とレンズ１５４の相対位置がずれて、光結合損失が生じることを回避するためである。
【００１１】
光半導体装置１５０を組み立てるには、まず、機械加工によって精度よく製作したステム１５２およびステム１５５を、ペルチェ素子１５３上に配置して、ハンダなどによってペルチェ素子１５３上に固定する。また、ステム１５２上にＬＤアレイ１５１を配置する。また、ステム１５５上にレンズ１５４を配置して、ＬＤアレイ１５１の各ＬＤの出射光の光軸位置とレンズ１５４の中心部をほぼ一致させる。
【００１２】
そして、ＬＤアレイ１５１から光を出射させながら、レンズ１５４が通過した光が平行光になるようにレンズ１５４を位置決めし、レーザー溶接やハンダによってレンズ１５４をステム１５５上に固定する。その後、レンズ１５４を通過した光の光ファイバアレイ１５６に対する結合率が最大となるように、光ファイバアレイ１５６の位置を調節する。
【００１３】
【特許文献１】特開平７−２８７１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上述した従来技術では、ステム１５２のＬＤアレイ１５１を支持する部分と、ステム１５５のレンズ１５４を支持する部分と、の相対位置が、ペルチェ素子１５３に対するステム１５２とステム１５５の組み立て精度によって決まるため、ＬＤアレイ１５１とレンズ１５４の相対位置を高精度に調節することができないという問題がある。
【００１５】
具体的には、ステム１５２とステム１５５は、ペルチェ素子１５３上にハンダなどを介して固定されるため、ペルチェ素子１５３との距離や、ペルチェ素子１５３に対する角度を高精度に調節することができない。このため、ＬＤアレイ１５１の各出射光に対するレンズ１５４の位置が、Ｘ軸方向にずれたり、Ｘ軸やＺ軸周りに傾いたりする。このため、ＬＤアレイ１５１の各出射光を、光ファイバアレイ１５６の端部に対して高精度に結合させることができず、光ファイバアレイ１５６から出力される光の透過特性が劣化する。
【００１６】
特に、図１６に示すようにＬＤアレイ１５１を用いる場合は、図１６の符号１６１に示すように、ＬＤアレイ１５１の各ＬＤの各出射光１６２の結合位置がＸ軸方向にずれる。このため、Ｙ軸方向に並んだ光ファイバアレイ１５６の各光ファイバの端部に対して、光ファイバアレイ１５６の各出射光１６２を精度よく結合させることができない。このため、光ファイバアレイの各チャネルにおける透過特性が不均一になる。
【００１７】
開示の光半導体装置は、上述した問題点を解消するものであり、出射光の透過特性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この光半導体装置は、光を出射する光半導体素子と、前記光半導体素子から出射された光を通過させるレンズと、前記光半導体素子を支持する第１支持部と、前記レンズを支持する第２支持部と、が中間部を介して一体的に形成された支持部材と、を備えることを要件とする。
【００１９】
上記構成によれば、第１支持部と第２支持部とを一体的に形成することによって、光半導体素子を支持する第１支持部と、レンズを支持する第２支持部と、の相対位置を位置決め部材の加工によって高精度に調節することができる。
【発明の効果】
【００２０】
開示の光半導体装置によれば、出射光の透過特性を向上させることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。図２は、図１に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。図１以降の図において、Ｚ軸は光の進行方向を示している。ＺＸ平面は光半導体装置の正面を示している。ＺＹ平面は光半導体装置の上面を示している。図１に示すように、実施の形態１にかかる光半導体装置１０は、筐体１１と、ＬＤ１２と、素子キャリア１２ａと、レンズ１３と、ステム１４と、ペルチェ素子１５と、出力部１６と、を備えている。
【００２３】
光半導体装置１０は、供給される駆動電流に応じた光を出力する装置である。筐体１１には、光を出力するための開口部１１ｂが設けられている。符号１１ａは、筐体１１のカバーを示している。筐体１１の内部には、ＬＤ１２と、素子キャリア１２ａと、レンズ１３と、ステム１４と、ペルチェ素子１５と、出力部１６と、が設けられている。
【００２４】
ＬＤ１２は、光を出射する半導体素子である。ＬＤ１２は、素子キャリア１２ａ上に実装されている。ＬＤ１２は、供給される駆動電流に応じたパワーの光を出射する。素子キャリア１２ａは、ＬＤ１２を固定するとともに、ＬＤ１２の電極と電気的に接続された配線基板である。素子キャリア１２ａは、ステム１４上に固定されている。
【００２５】
レンズ１３は、ＬＤ１２から出射された光を通過させる。たとえば、レンズ１３は、ＬＤ１２から出力された光をコリメートするコリメートレンズである。レンズ１３は、コリメートした光を筐体１１の開口部１１ｂから出力部１６へ出射する。レンズ１３には、レンズ１３を保持するレンズホルダ１３ａが設けられている。レンズ１３は、レンズホルダ１３ａを介してステム１４上に固定されている。
【００２６】
ステム１４は、素子キャリア１２ａとレンズ１３を支持する支持部材である。ステム１４は、第１支持部１４ａと、第２支持部１４ｂと、中間部１４ｃと、を有する。第１支持部１４ａはＬＤ１２を支持する。具体的には、第１支持部１４ａは、ＹＺ平面と平行な上面１４Ａを有し、上面１４Ａ（第１支持面）にＬＤ１２を載置して支持する。
【００２７】
第２支持部１４ｂはレンズ１３を支持する。具体的には、第２支持部１４ｂは、ＬＤ１２から出射された光を通過する位置に、レンズ１３の大きさに応じた大きさの貫通部を有し、貫通部の内部にレンズホルダ１３ａをはめ込んでレンズ１３を支持する。第１支持部１４ａと第２支持部１４ｂは、中間部１４ｃを介して一体的に形成されている。
【００２８】
また、第１支持部１４ａ、中間部１４ｃおよび第２支持部１４ｂの並び方向（Ｚ軸方向）と直交する方向（ＸＹ平面上の方向）のうちの少なくとも一つの方向において、中間部１４ｃの幅は第１支持部１４ａおよび第２支持部１４ｂの幅より小さくするとよい。図１に示す構成においては、Ｘ軸方向において、中間部１４ｃの幅は第１支持部１４ａおよび第２支持部１４ｂの幅より小さくなっている。
【００２９】
これにより、中間部１４ｃの熱伝導性を、第１支持部１４ａおよび第２支持部１４ｂの熱伝導性よりも低くすることができる。このため、第２支持部１４ｂから中間部１４ｃを介してペルチェ素子１５へ伝わる熱を低減することができる。また、図示しないが、Ｙ軸方向において、中間部１４ｃの幅が第１支持部１４ａおよび第２支持部１４ｂの幅より小さくなるように、ステム１４の形状を形成してもよい。
【００３０】
ペルチェ素子１５の下面は、筐体１１の内壁に接して固定されている。また、ペルチェ素子１５の上面は、ステム１４の下面に接して固定されている。ペルチェ素子１５は、ステム１４に接する上面の熱を、筐体１１の内壁に接する下面へ放出する。これにより、ステム１４の熱が筐体１１へ放熱され、ステム１４が冷却される。ステム１４が冷却されることで、ステム１４上に固定されているＬＤ１２が冷却される。
【００３１】
出力部１６は、筐体１１の外側の、開口部１１ｂが設けられている位置に設けられている。出力部１６は、アイソレータ１７と、レンズ１８と、光ファイバ１９と、を備えている。アイソレータ１７は、レンズ１３から出射された光をレンズ１８へ通過させる。また、アイソレータ１７は、レンズ１８側からレンズ１３側へ出射される光を遮断する。レンズ１８は、レンズ１３からアイソレータ１７を介して出射された光を光ファイバ１９の端部へ集光する。光ファイバ１９は、レンズ１８によって集光された光を外部へ出力する。
【００３２】
このように、実施の形態１にかかる光半導体装置１０によれば、第１支持部１４ａと第２支持部１４ｂとを一体的に形成することによって、第１支持部１４ａと第２支持部１４ｂとの相対位置をステム１４の加工によって高精度に調節することができる。これにより、ＬＤ１２の出射光を、光ファイバ１９の端部に対して高精度に結合させ、出力部１６から出力される光の透過特性を向上させることができる。
【００３３】
図３は、図１および図２に示した光半導体素子の変形例を示す上面図である。図３に示すように、光を出射する光半導体素子は、図１および図２に示したＬＤ１２に代えて、複数のＬＤからなるＬＤアレイ３１であってもよい。ＬＤアレイ３１の各ＬＤは、Ｙ軸方向にアレイ状に並んで設けられ、素子キャリア１２ａによりステム１４に固定されている。
【００３４】
この場合は、図１に示した光ファイバ１９に代えて、複数の光ファイバがＹ軸方向にアレイ状に並んで設けられた光ファイバアレイ（不図示）を設ける。ＬＤアレイ３１の各出射光は、光ファイバアレイの各光ファイバの端部にそれぞれ結合される。光ファイバアレイの各光ファイバの端部に結合した各光は、各光ファイバにより外部へ出力される。
【００３５】
光半導体装置１０によれば、ＬＤアレイ３１の各出射光の結合位置をＸ軸方向に精度よく調節できる。したがって、符号３２に示すように、ＬＤアレイ３１の各出射光３３の結合位置をＹ軸方向に直線上に並べることが容易になる。これにより、Ｙ軸方向に並んだ光ファイバアレイの各光ファイバの端部に対して、各出射光を精度よく結合させることができる。このため、光ファイバアレイの各チャネルにおける透過特性を均一にできる。
【００３６】
（実施の形態２）
図４は、実施の形態２にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。図５は、図４に示した固定リングを示す正面図および側面図である。図４において、図１に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図４に示すように、実施の形態２にかかる光半導体装置１０は、実施の形態１にかかる光半導体装置１０の構成に加えて固定リング４１を備えている。
【００３７】
第２支持部１４ｂは、ＬＤ１２が載置される第１支持部１４ａの上面１４Ａ（第１支持面）と直交する方向の面１４Ｂ（第２支持面）を有する。固定リング４１は、レンズ１３を保持し、第２支持部１４ｂに対してレンズ１３を位置決めする位置決め部材である。固定リング４１は、第２支持部１４ｂの面１４Ｂと接して固定された面４１Ａを有する。
【００３８】
レンズ１３およびレンズホルダ１３ａは、固定リング４１の中空部４１ａ（図５右の側面図参照）に配置され、固定リング４１によって固定して保持される。光半導体装置１０の組み立て時には、固定リング４１の面４１Ａは、第２支持部１４ｂの面１４Ｂに対して固定されていない。このため、固定リング４１は、ＸＹ平面方向に摺動自在である。
【００３９】
この状態で、ＬＤ１２を発光させ、固定リング４１を摺動させながら光ファイバ１９から出力される光をモニタする。そして、モニタする光のパワーが最大となるように第２支持部１４ｂに対する固定リング４１の位置を決める。その後、固定リング４１の面４１Ａを第２支持部１４ｂの面１４Ｂに対してレーザー溶接などにより固定する。
【００４０】
これにより、ＬＤ１２の出射光に対するレンズ１３のＸＹ平面上の位置を高精度に調節した状態で、レンズ１３を第２支持部１４ｂに固定することができる。ここでは、光を出射する光半導体装置としてＬＤ１２を設ける構成について説明したが、ＬＤ１２に代えてＬＤアレイ３１（図３参照）を設けてもよい。この場合は、光ファイバ１９に代えて、複数の光ファイバがＹ軸方向にアレイ状に並んで設けられた光ファイバアレイを設ける。
【００４１】
このように、実施の形態２にかかる光半導体装置１０によれば、実施の形態１にかかる光半導体装置１０の効果を奏するとともに、固定リング４１によってＬＤ１２の出射光に対するレンズ１３のＸＹ平面上の位置をさらに高精度に調節することができる。これにより、ＬＤ１２の出射光を、光ファイバ１９の端部に対してさらに高精度に結合させ、出力部１６から出力される光の結合損失を低減することができる。
【００４２】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。図６において、図４に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図６に示すように、実施の形態３にかかる光半導体装置１０は、図４に示したペルチェ素子１５の、第２支持部１４ｂおよび中間部１４ｃの下部に位置する部分を除いた構成である。
【００４３】
すなわち、ペルチェ素子１５は、第１支持部１４ａの下部に位置する部分のみに設けられている。これにより、ペルチェ素子１５は、第１支持部１４ａに接して設けられ、かつ、第２支持部１４ｂと分離された状態となる。ここでは、第２支持部１４ｂと筐体１１の間は何もない空間６１となっているが、空間６１に断熱材などを設けてもよい。
【００４４】
レンズ１３、レンズホルダ１３ａ、第２支持部１４ｂおよび固定リング４１は、ＬＤ１２の近くに設けられているため、ＬＤ１２が発する熱により温度が上昇する。ところで、レンズ１３、レンズホルダ１３ａ、第２支持部１４ｂおよび固定リング４１は、本来、温度制御を行う必要がない。したがって、温度が上昇したこれらの部品の熱がペルチェ素子１５に吸収されると、ペルチェ素子１５の冷却能力が無駄に消費されることになる。
【００４５】
これに対して、ペルチェ素子１５が第２支持部１４ｂと分離していることで、温度が上昇したレンズ１３、レンズホルダ１３ａ、第２支持部１４ｂおよび固定リング４１の熱がペルチェ素子１５に直接伝わらない。また、中間部１４ｃのＸ軸方向の幅は、第２支持部１４ｂに比べて小さいため、中間部１４ｃの熱伝導性は低い。このため、第２支持部１４ｂから中間部１４ｃを介してペルチェ素子１５へ伝わる熱を低減することができる。
【００４６】
また、ここでは、図４に示した構成において、ペルチェ素子１５の、中間部１４ｃの下部に位置する部分も除かれている。これにより、第２支持部１４ｂから中間部１４ｃに伝わった熱もペルチェ素子１５に直接伝わらない。これにより、第２支持部１４ｂから中間部１４ｃを介してペルチェ素子１５へ伝わる熱をさらに低減することができる。
【００４７】
このように、実施の形態３にかかる光半導体装置１０によれば、実施の形態２にかかる光半導体装置１０の効果を奏するとともに、ペルチェ素子１５を第２支持部１４ｂと分離することによって、ペルチェ素子１５によってレンズ１３や第２支持部１４ｂなどの部品が冷却されてペルチェ素子１５の冷却能力が無駄に消費されることを回避することができる。これにより、ペルチェ素子１５のＬＤ１２に対する冷却効果を向上させるとともに、ペルチェ素子１５の消費電力を低減することができる。
【００４８】
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。図７において、図４に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図７に示すように、実施の形態４にかかる光半導体装置１０は、図４に示した構成において、第２支持部１４ｂとペルチェ素子１５との間に断熱部材７１が設けられた構成である。
【００４９】
これにより、ペルチェ素子１５が、第１支持部１４ａに接して設けられ、かつ、断熱部材７１によって第２支持部１４ｂから熱的に分離された状態となる。このため、ＬＤ１２が発する熱により温度が上昇したレンズ１３、レンズホルダ１３ａ、第２支持部１４ｂおよび固定リング４１の熱がペルチェ素子１５に直接伝わらない。したがって、第２支持部１４ｂから中間部１４ｃを介してペルチェ素子１５へ伝わる熱を低減することができる。
【００５０】
また、ここでは、断熱部材７１は、第２支持部１４ｂとペルチェ素子１５との間から、中間部１４ｃとペルチェ素子１５との間まで連続して形成されている。これにより、ペルチェ素子１５は、中間部１４ｃからも熱的に分離される。このため、第２支持部１４ｂから中間部１４ｃに伝わった熱もペルチェ素子１５に直接伝わらない。したがって、第２支持部１４ｂからペルチェ素子１５へ伝わる熱をさらに低減することができる。
【００５１】
このように、実施の形態４にかかる光半導体装置１０によれば、実施の形態２にかかる光半導体装置１０の効果を奏するとともに、断熱部材７１によってペルチェ素子１５と第２支持部１４ｂを熱的に分離することによって、ペルチェ素子１５によってレンズ１３などの部品が冷却されてペルチェ素子１５の冷却能力が無駄に消費されることを回避することができる。これにより、ペルチェ素子１５のＬＤ１２に対する冷却効果を向上させるとともに、ペルチェ素子１５の消費電力を低減することができる。
【００５２】
また、たとえば図６に示した構成と異なり、ペルチェ素子１５を第２支持部１４ｂおよび中間部１４ｃの下部にも設けることができる。これにより、ペルチェ素子１５の体積を十分に大きくすることができる。このため、たとえば図６に示した構成と比較して、ペルチェ素子１５の冷却能力を向上させることができる。
【００５３】
（実施の形態５）
図８は、実施の形態５にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。図９は、図８に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。図８および図９において、図４に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、図４に示した構成と同様に、ステム１４は第１支持部１４ａ、第２支持部１４ｂおよび中間部１４ｃを有するが、これらの符号はここでは図示を省略する。
【００５４】
図８に示すように、実施の形態５にかかる光半導体装置１０は、図４に示した構成において、ステム１４が、第１構造部８１と、第２構造部８２と、を有する構成である。第１構造部８１は、図４に示した上面１４Ａを含む部分である。また、第１構造部８１の下面は、ペルチェ素子１５と接している。第２構造部８２は、図４に示した面１４Ｂを含み、第１構造部８１を囲んでいる。第１構造部８１の熱伝導率は、第２構造部８２の熱伝導率よりも高い。
【００５５】
第１構造部８１の熱伝導率を高くすることで、ＬＤ１２が発する熱が第１構造部８１を介してペルチェ素子１５に効率よく伝わり、ペルチェ素子１５のＬＤ１２に対する冷却効果を向上させることができる。また、第２構造部８２の熱伝導率を低くすることで、ペルチェ素子１５が、第２支持部１４ｂによってレンズ１３、レンズホルダ１３ａおよび固定リング４１から熱的に分離された状態となる。
【００５６】
これにより、ＬＤ１２が発する熱により温度が上昇したレンズ１３、レンズホルダ１３ａおよび固定リング４１の熱がペルチェ素子１５に直接伝わらない。したがって、レンズ１３などの部品からペルチェ素子１５へ伝わる熱を低減することができる。このため、ペルチェ素子１５によってレンズ１３などの部品が冷却されてペルチェ素子１５の冷却能力が無駄に消費されることを回避することができる。
【００５７】
また、第２構造部８２の熱伝導率を低くすることで、面１４Ｂに対して固定リング４１を、レーザー溶接によって容易に固定することができる。また、第１構造部８１の熱膨張係数は、第２構造部８２の熱膨張係数とほぼ同じにするとよい。具体的には、第１構造部８１の熱膨張係数を第２構造部８２の熱膨張係数の半分以上かつ２倍以下にするとよい。
【００５８】
たとえば、第１構造部８１をコバール（熱膨張係数：３．２×１０＾−６／Ｋ）によって形成し、第２構造部８２をパイレックスガラス（熱膨張係数：４．８×１０＾−６／Ｋ）によって形成する。これにより、ＬＤ１２の発熱によって第１構造部８１と第２構造部８２が熱膨張しても、第１構造部８１と第２構造部８２が同程度に膨張するため、ＬＤ１２を支持する上面１４Ａと、レンズ１３を支持する面１４Ｂと、の位置ずれを回避することができる。
【００５９】
たとえば、第２構造部８２となるパイレックスガラスに、第１構造部８１に相当する形状の貫通部を設け、設けた貫通部に対して第１構造部８１となるコバールをはめ込む。これにより、パイレックスガラスとコバールが一体化されてステム１４が構成される。また、パイレックスガラスをコバールにはめ込んだ後に、研磨などによってパイレックスガラスとコバールの段差をなくすことで、ＬＤ１２を支持する上面１４Ａと、レンズ１３を支持する面１４Ｂと、の相対位置を高精度に決めることができる。
【００６０】
このように、実施の形態５にかかる光半導体装置１０によれば、実施の形態２にかかる光半導体装置１０の効果を奏するとともに、熱伝導率の高い第１構造部８１と、熱伝導率の低い第２構造部８２と、によってステム１４を構成することによって、ペルチェ素子１５のＬＤ１２に対する冷却効果を向上させるとともに、ペルチェ素子１５の消費電力を低減することができる。また、第２構造部８２の熱伝導率を低くすることで、面１４Ｂに対して固定リング４１を、レーザー溶接によって容易に固定することができる。
【００６１】
（実施の形態６）
図１０は、実施の形態６にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。図１１は、図１０に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。図１０において、図４に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。実施の形態６にかかる光半導体装置１０は、入力された光を増幅して出力する増幅装置である。
【００６２】
図１０に示すように、光半導体装置１０は、図４に示した構成に加えて、入力部１０１と、レンズ１０６（第２レンズ）と、固定リング１０７と、を備えている。また、図４に示したＬＤ１２に代えて、ＳＯＡ１０８が設けられている。ＳＯＡ１０８は、レンズ１０６から入射された光信号を増幅してレンズ１３へ出射する。筐体１１には、光を入力するための開口部１０５が設けられている。
【００６３】
入力部１０１は、筐体１１の外側の、開口部１０５が設けられている位置に設けられている。入力部１０１は、光ファイバ１０２と、レンズ１０３と、アイソレータ１０４と、を備えている。光ファイバ１０２には、外部から光信号が入力される。光ファイバ１０２は、入力された光信号をレンズ１０３へ出射する。レンズ１０３は、光ファイバ１０２から出射された光信号をコリメートしてアイソレータ１０４へ出射する。
【００６４】
アイソレータ１０４は、レンズ１０３から出射された光信号をレンズ１０６へ通過させる。また、アイソレータ１０４は、レンズ１０６側からレンズ１０３側へ出射される光を遮断する。レンズ１０６は、アイソレータ１０４から出射された光信号を集光してＳＯＡ１０８へ入射させる。レンズ１０６には、レンズ１０６を保持するレンズホルダ１０６ａが設けられている。レンズ１０６は、レンズホルダ１０６ａに保持して固定されている。
【００６５】
ステム１４は、ＳＯＡ１０８、レンズ１３およびレンズ１０６を支持する支持部材である。ステム１４は、第１支持部１４ａと、第２支持部１４ｂと、中間部１４ｃと、第３支持部１４ｄと、第２中間部１４ｅと、を有する。第３支持部１４ｄは、ステム１４の第２支持部１４ｂとは反対側に設けられている。第１支持部１４ａと第３支持部１４ｄは、第２中間部１４ｅを介して一体的に形成されている。
【００６６】
すなわち、第１支持部１４ａと、第２支持部１４ｂと、中間部１４ｃと、第３支持部１４ｄと、第２中間部１４ｅと、は一体的に形成されている。第３支持部１４ｄはレンズ１０６を支持する。具体的には、第３支持部１４ｄは、アイソレータ１０４から出射された光が通過する位置に、レンズ１０６の大きさに応じた大きさの貫通部を有し、貫通部の内部にレンズ１０６をはめ込んでレンズ１０６を支持する。
【００６７】
第３支持部１４ｄは、ＳＯＡ１０８が載置される第１支持部１４ａの上面１４Ａ（第１支持面）と直交する方向の面１４Ｄを有する。固定リング１０７は、レンズ１０６を保持し、第３支持部１４ｄに対してレンズ１０６を位置決めする位置決め部材である。固定リング１０７の形状は、固定リング４１と同様（図５参照）である。固定リング１０７は、第３支持部１４ｄの面１４Ｄと接して固定された面１０７Ａを有する。
【００６８】
レンズ１０６およびレンズホルダ１０６ａは、固定リング１０７の中空部に配置され、固定リング１０７によって固定して保持される。光半導体装置１０の組み立て時には、固定リング１０７の面１０７Ａは、第３支持部１４ｄの面１４Ｄに対して固定されていない。このため、固定リング１０７は、ＸＹ平面方向に摺動自在である。この状態で、光ファイバ１０２から光を入力するとともにＳＯＡ１０８を駆動し、第３支持部１４ｄに対して固定リング１０７を摺動させながら光ファイバ１９から出力される光をモニタする。
【００６９】
そして、モニタする光のパワーが最大となるように第３支持部１４ｄに対する固定リング１０７の位置を決める。その後、固定リング１０７の面１０７Ａを、第３支持部１４ｄの面１４Ｄに対してレーザー溶接などによって固定する。これにより、ＳＯＡ１０８の入射部に対するレンズ１０６の出射光のＸＹ平面上の位置を高精度に調節した状態で、レンズ１０６を第３支持部１４ｄに固定することができる。
【００７０】
このように、実施の形態６にかかる光半導体装置１０によれば、実施の形態４にかかる光半導体装置１０の効果を奏するとともに、第１支持部１４ａと第３支持部１４ｄとを一体的に形成することによって、第１支持部１４ａと第３支持部１４ｄとの相対位置をステム１４の加工によって高精度に調節することができる。これにより、光ファイバ１０２から入力された光を、ＳＯＡ１０８の入射部に対して高精度に入射させ、ＳＯＡ１０８から出力される光の透過特性を向上させることができる。
【００７１】
図１２は、図１０および図１１に示した光半導体素子の変形例を示す上面図である。図１２に示すように、図１０および図１１に示したＳＯＡ１０８に代えて、複数のＳＯＡからなるＳＯＡアレイ１２０１を設けてもよい。ＳＯＡアレイ１２０１の各ＳＯＡは、Ｙ軸方向に並んで設けられ、素子キャリア１２ａによってステム１４に固定されている。
【００７２】
この場合は、図１０に示した光ファイバ１０２に代えて、複数の光ファイバがＹ軸方向にアレイ状に並んで設けられた光ファイバアレイ（不図示）を設ける。光ファイバアレイのそれぞれには、外部から光が入力される。光ファイバアレイの各光ファイバから入力された各光は、ＳＯＡアレイ１２０１の各ＳＯＡへ入射される。
【００７３】
また、この場合は、図１０に示した光ファイバ１９に代えて、複数の光ファイバがＹ軸方向にアレイ状に並んで設けられた光ファイバアレイ（不図示）を設ける。ＳＯＡアレイ１２０１の各出射光は、光ファイバアレイの各光ファイバの端部にそれぞれ結合される。各光ファイバの端部に結合した各光は、各光ファイバによって外部へ出力される。
【００７４】
光半導体装置１０によれば、ＳＯＡアレイ１２０１の各出射光の結合位置をＸ軸方向に精度よく調節できる。したがって、ＳＯＡアレイ１２０１の各出射光の結合位置をＹ軸方向に直線上に並べることが容易になる。これにより、Ｙ軸方向に並んだ光ファイバアレイの各光ファイバの端部に対して、各出射光を精度よく結合させることができる。このため、光ファイバアレイの各チャネルにおける透過特性を向上させることができる。
【００７５】
（実施の形態７）
図１３は、実施の形態７にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。図１４は、図１３に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。図１３において、図８または図１０に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、ステム１４は第１支持部１４ａ、第２支持部１４ｂ、中間部１４ｃ、第３支持部１４ｄおよび第２中間部１４ｅ（図１０参照）を有するが、これらの符号は図示を省略する。
【００７６】
図１３および図１４に示すように、実施の形態７にかかる光半導体装置１０は、図１０に示した構成において、ステム１４が、第１構造部８１と、第２構造部８２と、を有する構成である。ここでは、第２構造部８２は、図１０に示した面１４Ｂおよび面１４Ｄの両方を含み、第１構造部８１を囲んでいる。第１構造部８１および第２構造部８２については、図８および図９において説明した通りであるため、ここでは説明を省略する。
【００７７】
なお、ここでは、図１０に示したＳＯＡ１０８に代えて、ＳＯＡアレイ１２０１（図１２参照）が設けられている。この場合は、図１０に示した光ファイバ１０２に代えて、複数の光ファイバがＹ軸方向にアレイ状に並んで設けられた光ファイバアレイ１３０１を設ける。光ファイバアレイ１３０１の各光ファイバには、外部から光が入力される。各光ファイバから入力された各光は、ＳＯＡアレイ１２０１の各ＳＯＡへ入射される。
【００７８】
また、この場合は、図１０に示した光ファイバ１９に代えて、複数の光ファイバがＹ軸方向にアレイ状に並んで設けられた光ファイバアレイ１３０２を設ける。ＳＯＡアレイ１２０１の各出射光は、光ファイバアレイ１３０２の各光ファイバの端部にそれぞれ結合される。各光ファイバの端部に結合した各光は各光ファイバにより外部へ出力される。
【００７９】
このように、実施の形態７にかかる光半導体装置１０によれば、実施の形態６にかかる光半導体装置１０の効果を奏するとともに、熱伝導率の高い第１構造部８１と、熱伝導率の低い第２構造部８２と、によってステム１４を構成することによって、ペルチェ素子１５のＳＯＡアレイ１２０１に対する冷却効果を向上させるとともに、ペルチェ素子１５の消費電力を低減することができる。また、第２構造部８２の熱伝導率を低くすることで、面１４Ｂに対して固定リング４１を、レーザー溶接によって容易に固定することができる。また、面１４Ｄに対して固定リング１０７を、レーザー溶接によって容易に固定することができる。
【００８０】
以上説明したように、開示の光半導体装置によれば、出射光の透過特性を向上させることができる。上述した実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
【００８１】
（付記１）光を出射する光半導体素子と、
前記光半導体素子から出射された光を通過させるレンズと、
前記光半導体素子を支持する第１支持部と、前記レンズを支持する第２支持部と、が中間部を介して一体的に形成された支持部材と、
を備えることを特徴とする光半導体装置。
【００８２】
（付記２）前記第１支持部は、前記光半導体装置を載置して支持する第１支持面を有し、
前記第２支持部は、前記第１支持面と直交する第２支持面を有し、
前記レンズを保持し、前記第２支持面と接して固定された面を有する前記レンズの位置決め部材を備えることを特徴とする付記１に記載の光半導体装置。
【００８３】
（付記３）前記第１支持部に接して設けられ、かつ、前記第２支持部と分離されたペルチェ素子を備えることを特徴とする付記１または２に記載の光半導体装置。
【００８４】
（付記４）前記ペルチェ素子と前記第２支持部の間に設けられた断熱部材を備えることを特徴とする付記３に記載の光半導体装置。
【００８５】
（付記５）前記支持部材に接して設けられたペルチェ素子を備え、
前記支持部材は、前記光半導体装置を載置して支持する第１支持面を含み前記ペルチェ素子と接する第１構造部と、前記レンズを支持する第２支持面を含み前記第１構造部を囲む第２構造部と、を有し、
前記第１構造部の熱伝導率は、前記第２構造部の熱伝導率よりも高いことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【００８６】
（付記６）前記第１構造部の熱膨張係数は、前記第２構造部の熱膨張係数とほぼ同じであることを特徴とする付記５に記載の光半導体装置。
【００８７】
（付記７）前記第１構造部の熱膨張係数は、前記第２構造部の熱膨張係数の半分以上かつ２倍以下であることを特徴とする付記５に記載の光半導体装置。
【００８８】
（付記８）前記第１構造部はコバールであり、前記第２構造部はパイレックスガラスであることを特徴とする付記５に記載の光半導体装置。
【００８９】
（付記９）前記光半導体素子は、前記第１支持部に対してアレイ状に複数設けられていることを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【００９０】
（付記１０）前記光半導体素子は、供給された駆動電流に応じた光を出射するレーザーダイオードであることを特徴とする付記１〜９のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【００９１】
（付記１１）通過させた光を前記光半導体素子へ入射させる第２レンズを備え、
前記光半導体素子は、前記第２レンズによって入射された光を増幅して出射する半導体光増幅器であり、
前記支持部材は、第２中間部を介して前記第１支持部と一体的に形成され、前記第２レンズを支持する第３支持部を有することを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【００９２】
（付記１２）前記第１支持部、前記中間部および前記第２支持部の並び方向と直交する方向のうちの少なくとも一つの方向において、前記中間部の幅は前記第１支持部および前記第２支持部の幅より小さいことを特徴とする付記１〜１１のいずれか一つに記載の光半導体装置。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施の形態１にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。
【図２】図１に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。
【図３】図１および図２に示した光半導体素子の変形例を示す上面図である。
【図４】実施の形態２にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。
【図５】図４に示した固定リングを示す正面図および側面図である。
【図６】実施の形態３にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。
【図７】実施の形態４にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。
【図８】実施の形態５にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。
【図９】図８に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。
【図１０】実施の形態６にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。
【図１１】図１０に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。
【図１２】図１０および図１１に示した光半導体素子の変形例を示す上面図である。
【図１３】実施の形態７にかかる光半導体装置を示す正面断面図である。
【図１４】図１３に示した光半導体素子およびステムを示す上面図である。
【図１５】従来の光半導体装置を示す正面断面図である。
【図１６】図１５に示した光半導体素子を示す上面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０  光半導体装置
１１  筐体
１１ｂ，１０５  開口部
１２  ＬＤ
１２ａ  素子キャリア
１３，１８，１０３，１０６  レンズ
１３ａ，１０６ａ  レンズホルダ
１４  ステム
１４Ａ  上面
１４Ｂ，１４Ｄ，４１Ａ，１０７Ａ  面
１４ａ  第１支持部
１４ｂ  第２支持部
１４ｃ  中間部
１４ｄ  第３支持部
１４ｅ  第２中間部
１５  ペルチェ素子
１６  出力部
１７，１０４  アイソレータ
１９，１０２  光ファイバ
３１  ＬＤアレイ
３３  出射光
４１，１０７  固定リング
４１ａ  中空部
６１  空間
７１  断熱部材
８１  第１構造部
８２  第２構造部
１０１  入力部
１０８  ＳＯＡ
１２０１  ＳＯＡアレイ
１３０１，１３０２  光ファイバアレイ
【図１】
2009224494.tif 000003
【図２】
2009224494.tif 000004
【図３】
2009224494.tif 000005
【図４】
2009224494.tif 000006
【図５】
2009224494.tif 000007
【図６】
2009224494.tif 000008
【図７】
2009224494.tif 000009
【図８】
2009224494.tif 000010
【図９】
2009224494.tif 000011
【図１０】
2009224494.tif 000012
【図１１】
2009224494.tif 000013
【図１２】
2009224494.tif 000014
【図１３】
2009224494.tif 000015
【図１４】
2009224494.tif 000016
【図１５】
2009224494.tif 000017
【図１６】
2009224494.tif 000018