CN117242394A - 光半导体装置 - Google Patents

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Abstract

第1金属块(3)以及温度控制模块(4)安装于金属管座(1)的上表面。第2金属块(5)安装于温度控制模块(4)之上。第1以及第2电介质基板(6、7)分别安装于第1以及第2金属块(3、5)的侧面。第1以及第2信号线路(8、10)分别形成于第1以及第2电介质基板(6、7)。半导体光调制元件(13)安装于第2电介质基板(7)。透镜罩(19)与金属管座(1)的上表面接合，与金属管座(1)电连接，并气密地密封半导体光调制元件(13)等。第1金属块(3)与透镜罩(19)的内壁的最小距离小于0.37mm。第2金属块(5)与透镜罩(19)的内壁的最小距离小于1.36mm。

Description

光半导体装置
技术领域
本公开涉及用透镜罩气密地密封了半导体光调制元件等部件的光半导体装置。
背景技术
在移动通信系统等中，因移动通信终端的普及、信息的云化等，而带来数据通信量的急剧增加。伴随于此，需要更大容量的光通信系统，要求能够实现信号的高速大容量传送的光通信设备。作为能够进行高速通信的半导体光集成元件，可使用集成了电吸收型半导体光调制器(EAM:Electro-absorption Modulator)和分布式反馈半导体激光器(DFB-LD:Distributed Feedback Laser Diode)的EML(Electro-absorption Modulatorintegrated Laser：电吸收调制激光器)。
提出了如下所述的光半导体装置，即，该光半导体装置在金属管座安装了第1金属块和温度控制模块，在温度控制模块之上安装了第2金属块，在第1以及第2金属块的侧面分别安装了第1以及第2电介质基板，并且在第2电介质基板安装了半导体光调制元件(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2011-197360号公报
若在专利文献1的装置安装透镜罩，则产生谐振，频带受限，而存在无法得到良好的光波形的问题。作为解决方法，考虑增大透镜罩的外形，而将谐振点移向高频侧。但是，由于在CAN封装中要求小型化，所以无法增大透镜罩的外形。
发明内容
本公开是为了解决上述那样的课题所做出的，其目的在于，得到一种不增大透镜罩的外形就能够得到良好的光波形的光半导体装置。
本公开所涉及的光半导体装置的特征在于，具备：金属管座；引线管脚，贯通上述金属管座；第1金属块，安装于上述金属管座的上表面；第1电介质基板，安装于上述第1金属块的侧面；第1信号线路，形成于上述第1电介质基板；温度控制模块，安装于上述金属管座的上述上表面；第2金属块，安装于上述温度控制模块之上；第2电介质基板，安装于上述第2金属块的侧面；第2信号线路，形成于上述第2电介质基板；半导体光调制元件，安装于上述第2电介质基板；连接部件，连接上述引线管脚和上述第1信号线路的一端；第1接合线，连接上述第1信号线路的另一端和上述第2信号线路的一端；第2接合线，连接上述第2信号线路的另一端和上述半导体光调制元件；以及透镜罩，与上述金属管座的上述上表面接合，与上述金属管座电连接，并且气密地密封上述第1以及第2金属块、上述第1以及第2电介质基板、上述温度控制模块、上述第1以及第2信号线路、上述半导体光调制元件、以及上述第1以及第2接合线，上述第1金属块与上述透镜罩的内壁的最小距离小于0.37mm，上述第2金属块与上述透镜罩的上述内壁的最小距离小于1.36mm。
在本公开中，使第1金属块与透镜罩的内壁的最小距离小于0.37mm，使第2金属块与透镜罩的内壁的最小距离小于1.36mm。由此，第1以及第2金属块靠近于成为接地的透镜罩而强化接地。因此，谐振点减少，频率响应特性改善，能够实现宽频带化。因此，不增大透镜罩的外形，就能够得到良好的光波形。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的正面侧立体图。
图2是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的背面侧立体图。
图3是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的内部的俯视图。
图4是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例1的正面侧立体图。
图5是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例1的背面侧立体图。
图6是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例2的正面侧立体图。
图7是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例2的背面侧立体图。
图8是表示使第2金属块与透镜罩的内壁的最小距离变化的情况下的频率响应特性的模拟结果的图。
图9是表示使第1金属块与透镜罩的内壁的最小距离变化的情况下的频率响应特性的模拟结果的图。
图10是表示对比较例和实施方式1所涉及的光半导体装置的频率响应特性进行比较的三维电磁场模拟结果的图。
图11是表示实施方式2所涉及的光半导体装置的正面侧立体图。
图12是表示实施方式2所涉及的光半导体装置的背面侧立体图。
图13是表示实施方式2所涉及的光半导体装置的内部的俯视图。
图14是表示对比较例和实施方式2所涉及的光半导体装置的频率响应特性进行比较的三维电磁场模拟结果的图。
图15是表示实施方式3所涉及的光半导体装置的正面侧立体图。
图16是表示实施方式3所涉及的光半导体装置的背面侧立体图。
图17是表示实施方式3所涉及的光半导体装置的内部的俯视图。
图18是表示对比较例和实施方式3所涉及的光半导体装置的频率响应特性进行比较的三维电磁场模拟结果的图。
图19是表示实施方式4所涉及的光半导体装置的剖视图。
具体实施方式
参照附图对实施方式所涉及的光半导体装置进行说明。对相同或对应的构成要素，有时标注相同的附图标记，省略重复的说明。
实施方式1
图1是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的正面侧立体图。图2是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的背面侧立体图。图3是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的内部的俯视图。
金属管座1为圆形的板状。信号线路用的引线管脚2贯通金属管座1，并经由玻璃材料固定于金属管座1。金属管座1以及引线管脚2可以由例如铜、铁、铝或不锈钢等金属构成，且可以在表面施加镀金或镀镍等。此外，不仅可以设置信号线路用的引线管脚2，也可以设置温度控制模块的供电用的引线管脚、安装EAM-LD时的向激光二极管部供电用的引线管脚等多个引线管脚。
第1金属块3以及温度控制模块4安装于金属管座1的上表面。第1金属块3配置于引线管脚2的附近。第2金属块5安装于温度控制模块4之上。第1金属块3由例如铜、铁、铝或不锈钢等金属构成。但是，第1金属块3也可以是将金属包覆于陶瓷或树脂等绝缘体而成的构造。第2金属块5为例如在Cu等热传导率高的材料的表面实施镀Au等而成的金属材料的块体。温度控制模块4具有夹在散热面与冷却面之间的帕尔帖元件。散热面与金属管座1接合，在冷却面安装有第2金属块5。第1以及第2电介质基板6、7分别安装于第1以及第2金属块3、5的侧面。
此外，从组装性的观点出发，将金属块分离为第1金属块3和第2金属块5。另外，通过分离，能够减少从外部经由金属管座1而流入第2电介质基板7以及第2金属块5的热量。因此，能够减少温度控制模块4的消耗电力。
第1信号线路8以及接地导体9形成于第1电介质基板6。第1信号线路8以及接地导体9配置为相互隔开一定的间隔，而构成共面线路。接地导体9经由形成于第1电介质基板6的通孔(不图示)而与第1金属块3连接。
第2信号线路10、接地导体11以及匹配电阻12形成于第2电介质基板7。第2信号线路10以及接地导体11配置为相互隔开一定的间隔，而构成共面线路。接地导体11也形成于第2电介质基板7的侧面。
半导体光调制元件13安装于第2电介质基板7。半导体光调制元件13例如为将使用了InGaAsP系量子阱吸收层的电吸收型光调制器和分布式反馈激光二极管集成为单块而成的调制器集成型激光器(EAM-LD)、或MZ(Mach-Zehnder)半导体光调制器等。在半导体光调制元件13中产生的热经由第2金属块5以及金属管座1扩散。
连接部件14连接引线管脚2和第1信号线路8的一端。连接部件14例如为焊料，但也可以为接合线。接合线15连接第1信号线路8的另一端和第2信号线路10的一端。接合线16连接第2信号线路10的另一端和半导体光调制元件13。接合线17连接半导体光调制元件13和匹配电阻12的一端。接合线18连接匹配电阻12的另一端和第2金属块5。
透镜罩19与金属管座1的上表面接合并与金属管座1电连接，而气密地密封第1以及第2金属块3、5、第1以及第2电介质基板6、7、温度控制模块4、第1以及第2信号线路8、10、半导体光调制元件13、连接部件14以及接合线15～18等。透镜罩19由例如铜、铁、铝或不锈钢等金属构成，为锥型或直型。但是，透镜罩19也可以是将金属包覆于陶瓷或树脂等绝缘体而成的构造。
第1金属块3的横宽为a，进深为b，高度为c。第1金属块3的背面为沿着圆筒状的透镜罩19的内壁的曲面形状。通过使第1金属块3的横宽a或进深b比以往大，从而使第1金属块3的背面与透镜罩19的内壁接近。其结果，第1金属块3与透镜罩19的内壁的最小距离d1小于0.37mm，这里为0.10mm。
第2金属块5的横宽为d，进深为e，高度为f。第2金属块5的截面为L字形状，侧面的一部分呈沿着透镜罩19的内壁的曲面形状。通过使第2金属块5的横宽d或进深e比以往大，从而使第2金属块5的侧面与透镜罩19的内壁接近。其结果，第2金属块5与透镜罩19的内壁的最小距离d2小于1.36mm，这里为0.10mm。
图4是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例1的正面侧立体图。图5是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例1的背面侧立体图。透镜罩19为圆筒状，但透镜罩19的内壁的一部分朝向第1金属块3突出。由此两者接近，第1金属块3与透镜罩19的内壁的最小距离d1变得小于0.37mm，第2金属块5与透镜罩19的内壁的最小距离d2变得小于1.36mm。
图6是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例2的正面侧立体图。图7是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的变形例2的背面侧立体图。透镜罩19的内壁的一部分朝向第1金属块3以及第2金属块5突出。由此两者接近，最小距离d1变得小于0.37mm，最小距离d2变得小于1.36mm。
图8是表示使第2金属块与透镜罩的内壁的最小距离变化的情况下的频率响应特性的模拟结果的图。频率响应特性为通过特性S21。将第2金属块5与透镜罩19的内壁的最小距离d2设为1.36mm、0.5mm、0mm。第1金属块3与透镜罩19的内壁的距离全部设为0.37mm。可知当最小距离d2变得小于1.36mm时，特别是到30GHz为止的区域内，由谐振引起的下降减少而得到改善。
图9是表示使第1金属块与透镜罩的内壁的最小距离变化的情况下的频率响应特性的模拟结果的图。将第1金属块3与透镜罩19的内壁的最小距离d1设为0.37mm、0mm。第2金属块5与透镜罩19的内壁的距离全部设为1.36mm。可知当最小距离d1变得小于0.37mm时，由谐振引起的下降减少而得到改善。
图10是表示对比较例和实施方式1所涉及的光半导体装置的频率响应特性进行比较的三维电磁场模拟结果的图。在比较例中，最小距离d2为1.36mm，最小距离d1为0.37mm。可知在实施方式1中，与比较例相比，谐振点减少，频率响应特性的下降变小。
如以上说明那样，在本实施方式中，从比较例变更第1以及第2金属块3、5的形状，使第1金属块3与透镜罩19的内壁的最小距离小于0.37mm，并且使第2金属块5与透镜罩19的内壁的最小距离小于1.36mm。由此，第1以及第2金属块3、5向成为接地的透镜罩19靠近而强化接地。因此，谐振点减少，频率响应特性改善，从而能够实现宽频带化。因此，不增大透镜罩19的外形，就能够得到良好的光波形。
实施方式2
图11是表示实施方式2所涉及的光半导体装置的正面侧立体图。图12是表示实施方式2所涉及的光半导体装置的背面侧立体图。图13是表示实施方式2所涉及的光半导体装置的内部的俯视图。
在本实施方式中，第1金属块3与透镜罩19的内壁的最小距离d1为0mm，第2金属块5与透镜罩19的内壁的最小距离d2为0.30mm。即，第1金属块3与透镜罩19的内壁接触。成为透镜罩19的内壁的一部分突出而与第1金属块3的后表面接触的构造。不局限于此，只要是透镜罩19的内壁与第1金属块3的侧面、后表面、上表面中的任一个或多个面接触的构造即可。
另外，也可以将第1金属块3和透镜罩19用焊料或导电性树脂等来粘合而电连接。例如，在第1金属块3的侧面或后表面施加预备焊料或导电性树脂，在安装透镜罩19后进行加热，而使第1金属块3与透镜罩19粘合。
图14是表示对比较例和实施方式2所涉及的光半导体装置的频率响应特性进行比较的三维电磁场模拟结果的图。可知在实施方式2中，与比较例相比，谐振点减少，频率响应特性的下降变小。
如以上说明那样，在本实施方式中，透镜罩19与第1金属块3接触，与实施方式1相比，接地被强化。因此，谐振点减少，频率响应特性改善，从而能够实现宽频带化。因此，不增大透镜罩19的外形，就能够得到良好的光波形。
实施方式3
图15是表示实施方式3所涉及的光半导体装置的正面侧立体图。图16是表示实施方式3所涉及的光半导体装置的背面侧立体图。图17是表示实施方式3所涉及的光半导体装置的内部的俯视图。
在本实施方式中，第1金属块3与透镜罩19的内壁的最小距离d1为0mm，第2金属块5与透镜罩19的内壁的最小距离d2也为0mm。即，不仅是第1金属块3，第2金属块5也与透镜罩19的内壁接触。
成为透镜罩19的内壁的一部分突出而与第1金属块3的侧面和后表面、第2金属块5的后表面接触的构造。不局限于此，只要是透镜罩19的内壁与第1金属块3的侧面、后表面、上表面中的任一个或多个面、以及第2金属块5的后表面和上表面中的任一个或多个面接触的构造即可。
另外，也可以将第1以及第2金属块3、5和透镜罩19用焊料或导电性树脂等来粘合而电连接。例如，在第1金属块3的侧面或后表面和第2金属块5的后表面施加预备焊料或导电性树脂，在安装透镜罩19后进行加热而使第1以及第2金属块3、5与透镜罩19粘合。
图18是表示对比较例和实施方式3所涉及的光半导体装置的频率响应特性进行比较的三维电磁场模拟结果的图。可知在实施方式3中，与比较例相比，谐振点减少，频率响应特性的下降变小。
如以上说明那样，在本实施方式中，透镜罩19与第1以及第2金属块3、5接触，与实施方式2相比，接地被强化。因此，谐振点减少，频率响应特性改善，从而能够实现宽频带化。因此，不增大透镜罩19的外形，就能够得到良好的光波形。
实施方式4
图19是表示实施方式4所涉及的光半导体装置的剖视图。透镜罩19的透镜为平板玻璃20。因此，即使透镜与半导体光调制元件13的位置关系偏移，也不会影响焦距或耦合效率等光学特性，因此能够缓和透镜罩19的构造偏差和安装精度。其他结构以及效果与实施方式1相同。
另外，也可以将平板玻璃20应用于实施方式2、3。在该情况下，第1以及第2金属块3、5的至少一方与透镜罩19接触，但能够忽略光轴偏移的影响。另外，为了防止返回光或标准具效应(etalon effect)，也可以对平板玻璃20的厚度赋予倾斜或赋予角度来与透镜罩19接合。
附图标记说明
1...金属管座；2...引线管脚；3...第1金属块；4...温度控制模块；5...第2金属块；6...第1电介质基板；7...第2电介质基板；8...第1信号线路；10...第2信号线路；13...半导体光调制元件；14...连接部件；15...接合线；16...接合线；19...透镜罩；20...平板玻璃。

Claims (6)

1.一种光半导体装置，其特征在于，
所述光半导体装置具备：
金属管座；
引线管脚，贯通所述金属管座；
第1金属块，安装于所述金属管座的上表面；
第1电介质基板，安装于所述第1金属块的侧面；
第1信号线路，形成于所述第1电介质基板；
温度控制模块，安装于所述金属管座的所述上表面；
第2金属块，安装于所述温度控制模块之上；
第2电介质基板，安装于所述第2金属块的侧面；
第2信号线路，形成于所述第2电介质基板；
半导体光调制元件，安装于所述第2电介质基板；
连接部件，连接所述引线管脚和所述第1信号线路的一端；
第1接合线，连接所述第1信号线路的另一端和所述第2信号线路的一端；
第2接合线，连接所述第2信号线路的另一端和所述半导体光调制元件；以及
透镜罩，与所述金属管座的所述上表面接合，与所述金属管座电连接，并且气密地密封所述第1金属块以及所述第2金属块、所述第1电介质基板以及所述第2电介质基板、所述温度控制模块、所述第1信号线路以及所述第2信号线路、所述半导体光调制元件、所述连接部件、以及所述第1接合线以及所述第2接合线，
所述第1金属块与所述透镜罩的内壁的最小距离小于0.37mm，
所述第2金属块与所述透镜罩的所述内壁的最小距离小于1.36mm。
2.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，
所述透镜罩的所述内壁的一部分朝向所述第1金属块突出。
3.根据权利要求1所述的光半导体装置，其特征在于，
所述透镜罩的所述内壁的一部分朝向所述第1金属块以及所述第2金属块突出。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的光半导体装置，其特征在于，
所述第1金属块与所述透镜罩的所述内壁接触。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的光半导体装置，其特征在于，
所述第1金属块以及所述第2金属块与所述透镜罩的所述内壁接触。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的光半导体装置，其特征在于，
所述透镜罩的透镜为平板玻璃。
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