DE112021006940T5

DE112021006940T5 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112021006940T5
Application number: DE112021006940.3T
Authority: DE
Inventors: Akio SHIRASAKI; Naoki Kosaka; Masaaki Shimada; Tadayoshi Hata; Nao Hiroshige
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2023-11-16
Also published as: JP6958772B1; US20240006839A1; JPWO2022162835A1; CN116783698A; KR20230119203A; WO2022162835A1; TW202230917A

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Basiskörper, der eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Fläche aufweist und in dem ein von der ersten Fläche zur zweiten Fläche hindurchgehendes Durchgangsloch ausgebildet ist, eine Zuleitung, die durch das Durchgangsloch verläuft und die sich zu einer Seite der ersten Fläche des Basiskörpers erstreckt, einen Versiegelungskörper, der einen Raum zwischen der Zuleitung und einer seitlichen Oberfläche des Basiskörpers füllt, die das Durchgangsloch bildet, ein dielektrisches Substrat, das eine erste Hauptoberfläche, die in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers aufgerichtet ist, und eine zweite Hauptoberfläche aufweist, die eine Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Hauptoberfläche ist und die in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers aufgerichtet ist, einen Halbleiterlaser, der auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist, eine Signalleitung, die auf der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist und die mit dem Halbleiterlaser elektrisch verbunden ist, ein Verbindungselement, das die Signalleitung und die Zuleitung elektrisch miteinander verbindet, und einen Leiter auf der rückseitigen Oberfläche, der auf der zweiten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist, wobei aus einer Richtung senkrecht zur ersten Fläche betrachtet der Versiegelungskörper direkt unterhalb des Leiters auf der rückseitigen Oberfläche angeordnet ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung.
Hintergrund
PTL 1 offenbart ein Package bzw. Gehäuse zum Montieren einer elektronischen Komponente. Das Gehäuse umfasst einen Basiskörper, der aus einem plattenförmigen Metallelement besteht und ein Durchgangsloch aufweist, das in Richtung der Dicke hindurchgeht. Der Basiskörper weist eine Hauptoberfläche auf, auf der eine elektronische Komponente montiert ist, und einen Dünnschicht-Teilbereich, der in Bezug auf die eine Hauptoberfläche dünner als ein anderer Teilbereich ist. Ein Signalleitungsleiter, der sich in einer Richtung orthogonal zu einer Hauptoberfläche des Basiskörpers erstreckt, ist in eine Mitte des Durchgangslochs eingesetzt. Ein Dielektrikum ist zwischen dem Signalleitungsleiter und einer inneren Umfangsfläche des Durchgangslochs angeordnet. Ein Verbindungsleiter, der die elektronische Komponente und den Signalleitungsleiter miteinander verbindet, ist auf einer Seite der einen Hauptoberfläche des Basiskörpers angeordnet. Ein Erdungsleiter, der sich parallel zum Signalleitungsleiter erstreckt, ist auf einer Seite der anderen Hauptoberfläche des Basiskörpers angeordnet. Ein Teilbereich des Signalleitungsleiters, der auf der Seite der einen Hauptoberfläche des Basiskörpers hervorsteht, und der Verbindungsleiter sind durch ein leitfähiges Material wie etwa ein Lötfüllmetall bzw. Hartlot miteinander verbunden.
Zitatliste
Patentliteratur
[PTL 1] JP 2012-064817 A
Zusammenfassung
Technisches Problem
In PTL 1 wird, wenn ein Abstand zwischen der Signalleitung, die ein Verbindungsleiter ist, und einem Anschlussdraht- bzw. Zuleitungsstift, der ein Signalleitungsleiter ist, zunimmt, ein Bonding-Material aus Metall, das die Signalleitung und den Zuleitungsstift aneinander bondet, dicker. Dementsprechend nimmt eine Induktivitätskomponente des Bonding-Materials aus Metall zu. Wenn ein Halbleiterlaser an diesem Punkt als die elektronische Komponente montiert werden soll, besteht die Möglichkeit, dass aufgrund einer Abnahme der Frequenzcharakteristiken eine Zunahme des Übertragungsverlusts oder dergleichen auftreten kann. Daher kann eine Verschlechterung der Qualität elektrischer Signale, die zum Halbleiterlaser übertragen werden sollen, auftreten.
Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, die imstande ist, eine Verschlechterung der Qualität elektrischer Signale zu unterdrücken.
Lösung für das Problem
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Basiskörper, der eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Fläche aufweist und in dem ein von der ersten Fläche zur zweiten Fläche hindurchgehendes Durchgangsloch ausgebildet ist, eine Zuleitung, die durch das Durchgangsloch verläuft und die sich zu einer Seite der ersten Fläche des Basiskörpers erstreckt, einen Versiegelungskörper, der einen Raum zwischen der Zuleitung und einer seitlichen Oberfläche des Basiskörpers füllt, die das Durchgangsloch bildet, ein dielektrisches Substrat, das eine erste Hauptoberfläche, die in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers aufgerichtet ist, und eine zweite Hauptoberfläche aufweist, die eine Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Hauptoberfläche ist und in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers aufgerichtet ist, einen Halbleiterlaser, der auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist, eine Signalleitung, die auf der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist und die mit dem Halbleiterlaser elektrisch verbunden ist, ein Verbindungselement, das die Signalleitung und die Zuleitung elektrisch miteinander verbindet, und einen Rückseitenleiter bzw. Leiter auf der rückseitigen Oberfläche, der auf der zweiten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist, wobei aus einer Richtung senkrecht zur ersten Fläche betrachtet der Versiegelungskörper direkt unterhalb des Leiters auf der rückseitigen Oberfläche angeordnet ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Versiegelungskörper bis direkt unterhalb des Leiters auf der rückseitigen Oberfläche eingesetzt. Infolgedessen kann das Verbindungselement verkürzt werden und kann eine Induktivitätskomponente des Verbindungselements unterdrückt werden. Daher kann eine Verschlechterung der Qualität elektrischer Signale, die zum Halbleiterlaser übertragen werden sollen, unterdrückt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 1 entlang einer geraden Linie A-A erhalten wird.
3 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform.
4 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 3 entlang einer geraden Linie A-A erhalten wird.
5 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform.
6 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 5 entlang einer geraden Linie A-A erhalten wird.
7 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform.
8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
9 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 8 entlang einer geraden Linie B-B erhalten wird.
10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs, der von einer gestrichelten Linie in 9 umschlossen ist.
11 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
12 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 11 entlang einer geraden Linie B-B erhalten wird.
13 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs, der von einer gestrichelten Linie in 12 umschlossen ist.
14 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform.
15 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 14 entlang einer geraden Linie B-B erhalten wird.
16 ist eine vergrößerte Ansicht eines Teilbereichs, der von einer gestrichelten Linie in 15 umschlossen ist.
17 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.
18 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform.
19 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Kappe an der Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform angebracht worden ist.
20 ist eine perspektivische Ansicht eines Messsystems gemäß einer siebten Ausführungsform.
21 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel der siebten Ausführungsform.
22 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Halbleitervorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel an der Erreger-Spannvorrichtung angebracht worden ist.
23 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform an der Erreger-Spannvorrichtung angebracht worden ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Halbleitervorrichtung gemäß jeder Ausführungsform wird mit Verweis auf die Zeichnungen beschrieben. Identischen oder entsprechenden Bestandteilelementen sind die gleichen Bezugsziffern gegeben, und die wiederholte Beschreibung solcher Bestandteilelemente kann weggelassen werden.
Erste Ausführungsform.
1 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 1 entlang einer geraden Linie A-A erhalten wird. Beispielsweise ist die Halbleitervorrichtung 100 ein Package bzw. Gehäuse für einen Halbleiterlaser wie etwa ein 25 Gbps TO-CAN-Gehäuse (Transistor Outline-CAN).
Die Halbleitervorrichtung 100 weist einen Basiskörper 2 auf. Der Basiskörper 2 weist eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Fläche auf. Eine elektronische Komponente wie etwa ein Halbleiterlaser 1 ist auf einer Seite der ersten Fläche des Basiskörpers 2 angeordnet. Ein Paar Durchgangslöcher, das von der ersten Fläche zur zweiten Fläche hindurchgeht, ist im Basiskörper 2 ausgebildet. Auf den Basiskörper 2 wird auch als Öse bzw. Lötöse (engl.: eyelet) verwiesen.
Die Halbleitervorrichtung 100 weist Anschlussdrähte bzw. Zuleitungen 4a und 4b auf, die ein Paar Zuleitungen 4 bilden. Auf die Zuleitung 4 wird auch als Zuleitungsstift verwiesen. Die Zuleitungen 4a und 4b verlaufen jeweils durch das Paar Durchgangslöcher, die im Basiskörper 2 ausgebildet sind, und erstrecken sich zur Seite der ersten Fläche des Basiskörpers 2. Die Durchgangslöcher des Basiskörpers 2 sind mit Versiegelungskörpern 3a und 3b versehen, die ein Paar Versiegelungskörper 3 bilden. Die Versiegelungskörper 3a und 3b füllen Räume zwischen den Zuleitungen 4a und 4b und seitlichen Oberflächen des Basiskörpers 2, die die Durchgangslöcher bilden. Beispielsweise sind die Versiegelungskörper 3a und 3b aus Versiegelungsglas geschaffen.
Ein Leiterblock 6 ist auf der ersten Fläche des Basiskörpers 2 angeordnet. Der Leiterblock 6 ist aus Metall gebildet. Der Leiterblock 6 hält auf der Seite der ersten Fläche des Basiskörpers 2 ein dielektrisches Substrat 5 über einen Rückseitenleiter bzw. Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche.
Das dielektrische Substrat 5 weist eine erste Hauptoberfläche und eine zweite Hauptoberfläche auf, die in einem Zustand angeordnet sind, in dem sie in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers 2 aufgerichtet sind. Die zweite Hauptoberfläche ist eine Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Hauptoberfläche. Auf das dielektrische Substrat 5 wird auch als Submount verwiesen. Der Halbleiterlaser 1 ist auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 angeordnet. Signalleitungen 7a und 7b, die ein Paar Signalleitungen 7 bilden, die mit dem Halbleiterlaser 1 elektrisch verbunden sind, sind auf der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 angeordnet. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist der Halbleiterlaser 1 auf der Signalleitung 7b angeordnet und durch einen Draht mit der Signalleitung 7a verbunden. Die Signalleitungen 7a und 7b und die Zuleitungen 4a und 4b sind jeweils durch später zu beschreibende Verbindungselemente elektrisch verbunden. Der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche ist auf der zweiten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 angeordnet.
Der Leiterblock 6 hat in Draufsicht eine T-Form. Beim Leiterblock 6 ist nur ein Teilbereich einer Seite, die dem Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche gegenüberliegt, mit dem Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche in Kontakt. Konkret ist bei dem Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche nur eine Mitte, die mit dem Halbleiterlaser 1 überlappt, am Leiterblock 6 befestigt. Bei dem Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche sind Umgebungen beider Enden, die mit den Zuleitungen 4a und 4b überlappen, nicht am Leiterblock 6 befestigt. Mit anderen Worten weist der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche in einem Teilbereich, der aus einer Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 betrachtet mit dem Halbleiterlaser 1 überlappt, einen Teilbereich in Kontakt mit dem Leiterblock 6 auf. Außerdem weist der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche einen getrennten Teilbereich auf, der auf beiden Seiten des Teilbereichs in Kontakt mit dem Leiterblock 6 in einer Richtung entlang der ersten Fläche des Basiskörpers 2 vom Leiterblock 6 getrennt ist. In diesem Fall ist die Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 eine y-Achsenrichtung in 1. Außerdem ist die Richtung entlang der ersten Fläche des Basiskörpers 2 im Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche eine x-Achsenrichtung in 1.
Der Versiegelungskörper 3 ist aus einer Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers 2 betrachtet direkt unterhalb des Leiters 8 auf der rückseitigen Oberfläche angeordnet. Insbesondere ist der Versiegelungskörper 3, aus der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers 2 betrachtet, in einem Bereich auf einer entgegengesetzten Seite zum dielektrischen Substrat 5 in Bezug auf den Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche angeordnet. Mit anderen Worten steht der Versiegelungskörper 3. aus der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers 2 betrachtet, zwischen dem vom Leiterblock 6 getrennten Teilbereich beim Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche und dem Leiterblock 6, hervor. Der Versiegelungskörper 3 ist weiter in Richtung einer Seite des Leiterblocks 6 als eine Fläche eingesetzt, an der der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche und der Leiterblock 6 in der y-Achsenrichtung miteinander in Kontakt kommen.
In der Halbleitervorrichtung 100 ist die Zuleitung 4 durch eine hermetische Technik mit Glas (engl.: glass hermetic technology) unter Verwendung des Versiegelungskörpers 3 am Basiskörper 2 befestigt. Die Zuleitung 4 ist an einer Mitte des im Basiskörper 2 ausgebildeten Durchgangslochs befestigt. Der Leiterblock 6 und der Basiskörper 2 können aus demselben Material gebildet sein. Formen des Leiterblocks 6 und des Basiskörpers 2 werden durch Pressformen, maschinelle Bearbeitung oder dergleichen geschaffen. Der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche und der Leiterblock 6 sind durch ein Bonding-Material wie etwa ein Lötmetall befestigt. Außerdem ist der Halbleiterlaser 1 durch ein Bonding-Material wie etwa Lötmetall an der Seite der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 befestigt. Beispielsweise weist das dielektrische Substrat 5 einen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, der zwischen jenen des Halbleiterlasers 1 und des Leiterblocks 6 liegt. Das dielektrische Substrat 5 ist aus einer Keramik gebildet. Das dielektrische Substrat 5 unterdrückt den Bruch des Halbleiterlasers 1 aufgrund thermischer Belastung, die einer Fehlanpassung von Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Halbleiterlaser 1 und dem Leiterblock 6 zuzuschreiben ist.
Ein differentielles Signal wird von außen in die Zuleitungen 4a und 4b eingespeist. Die Signalleitungen 7a und 7b übertragen das differentielle Signal von den Zuleitungen 4a und 4b zu einer Anodenelektrode und einer Kathodenelektrode des Halbleiterlasers 1. In der Halbleitervorrichtung 100 umgeben die Signalleitungen 7a und 7b und der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche das dielektrische Substrat 5 sandwichartig. Dementsprechend wird eine Mikrostreifenleitung ausgebildet. Die charakteristische Impedanz der Signalleitungen 7a und 7b wird auf einen optimalen Wert so eingestellt, dass ein in die Zuleitungen 4a und 4b eingespeistes elektrisches Signal mit geringstem Verlust zum Halbleiterlaser 1 übertragen wird. Man beachte, dass die Zuleitungen 4a und 4b und die Signalleitungen 7a und 7b unter Verwendung eines Bonding-Materials aus Metall wie etwa eines Lötmetalls, eines Metalldrahts oder dergleichen als Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden sind.
In einem Mobilfunknetz, das einen Mobiltelefondienst oder dergleichen unterstützt, wird auf eine optische Leitung, die eine Primärstation, welche eine Digitalsignalverarbeitung durchführt, und eine Sekundärstation, die eine drahtlose Signalübertragung/einen drahtlosen Signalempfang durchführt, miteinander verbindet, als Mobil-Fronthaul verwiesen. In den letzten Jahren haben Signalübertragungsraten eines Mobil-Fronthaul 25 Gbps erreicht, und die Anforderungen an einen Halbleiterlaser, der bei hohen Geschwindigkeiten arbeiten kann, steigen. In einem Mobil-Fronthaul ist TO-CAN eine vorherrschende Gehäuseform eines Halbleiterlasers.
3 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 800a gemäß einem ersten Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform. 4 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 3 entlang einer geraden Linie A-A erhalten wird. Die Halbleitervorrichtung 800a unterscheidet sich von der Halbleitervorrichtung 100 dadurch, dass der Versiegelungskörper 3 nicht bis direkt unterhalb des Leiters 8 auf der rückseitigen Oberfläche eingesetzt ist. Außerdem weist die Halbleitervorrichtung 800a einen Leiterblock 806 mit einer flachen Plattenform auf. Die Signalleitungen 7a und 7b und die Zuleitungen 4a und 4b sind über Bonding-Materialien 9a bzw. 9b elektrisch miteinander verbunden.
In solch einer Struktur werden, wenn Abstände zwischen den Signalleitungen 7a und 7b und den Zuleitungen 4a und 4b lang sind, die Bonding-Materialien 9a und 9b in der y-Achsenrichtung dicker. Dementsprechend nimmt eine Induktivitätskomponente der Bonding-Materialien 9a und 9b zu. Daher kann möglicherweise eine Verschlechterung der Qualität elektrischer Signale, die zum Halbleiterlaser 1 übertragen werden sollen, auftreten. Ein Beispiel der Verschlechterung der Qualität ist eine Zunahme des Übertragungsverlusts aufgrund einer Abnahme der Frequenzeigenschaften.
5 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 800b gemäß einem zweiten Vergleichsbeispiel der ersten Ausführungsform. 6 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 5 entlang einer geraden Linie A-A erhalten wird. In der Halbleitervorrichtung 800b ist ein dielektrisches Substrat 805b dicker als in der Halbleitervorrichtung 800a. Auf diese Weise können, indem man das dielektrische Substrat 805b dicker macht, Abstände zwischen den Signalleitungen 7a und 7b und den Zuleitungen 4a und 4b reduziert werden. Dementsprechend können die Bonding-Materialien 9a und 9b in der y-Achsenrichtung dünner gemacht werden und kann eine Induktivitätskomponente der Bonding-Materialien 9a und 9b reduziert werden.
Bei einer Mikrostreifenleitung erhöht sich jedoch die charakteristische Impedanz, wenn ein dielektrisches Substrat dicker wird. Außerdem nimmt die charakteristische Impedanz ab, wenn eine Leitungsbreite von Signalleitungen auf einer Seite der vorderen Oberfläche zunimmt. Daher wird in der Halbleitervorrichtung 800b, um die charakteristische Impedanz der Signalleitungen 7a und 7b auf einen gleichen Wert wie in der Halbleitervorrichtung 800a einzustellen, eine Leitungsbreite W2 der Signalleitungen 7a und 7b der Halbleitervorrichtung 800b im Vergleich zu einer Leitungsbreite W1 der Signalleitungen 7a und 7b der Halbleitervorrichtung 800a vergrößert. Infolgedessen nimmt eine Fläche des dielektrischen Substrats 805b zu und wird die Gehäusegröße größer.
Im Gegensatz dazu ist in der Halbleitervorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Versiegelungskörper 3 bis direkt unterhalb des Leiters 8 auf der rückseitigen Oberfläche eingesetzt. Deshalb kann in der Halbleitervorrichtung 100 der Abstand zwischen der Zuleitung 4 und der Signalleitung 7 reduziert werden, während das dielektrische Substrat 5 im Vergleich mit den Halbleitervorrichtungen 800a und 800b dünn gehalten wird. Infolgedessen können die Bonding-Materialien 9a und 9b dünn gemacht werden und kann eine Induktivitätskomponente der Bonding-Materialien 9a und 9b unterdrückt werden. Daher kann eine Verschlechterung der Qualität elektrischer Signale, die zu einem Halbleiterlaser übertragen werden sollen, unterdrückt werden und kann die Halbleitervorrichtung 100 mit hervorragenden Hochfrequenzeigenschaften erhalten werden.
Außerdem ist in der Halbleitervorrichtung 100, da das dielektrische Substrat 5 dünn ist, die Leitungsbreite W1 der Signalleitungen 7a und 7b, die zum Erreichen einer optimalen charakteristischen Impedanz notwendig ist, kleiner als die Leitungsbreite W2 der Halbleitervorrichtung 800b. Daher kann in der Halbleitervorrichtung 100 im Vergleich zur Halbleitervorrichtung 800b eine Fläche des dielektrischen Substrats 5 reduziert werden. Dementsprechend kann das dielektrische Substrat 5 zu geringen Kosten hergestellt werden. Außerdem kann das Gehäuse verkleinert werden. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Abstand zwischen der Zuleitung 4 und der Signalleitung 7 reduziert werden, während eine Zunahme der Größe des dielektrischen Substrats 5 unterdrückt wird.
Da das dielektrische Substrat 5 dünn ist, kann außerdem in der vorliegenden Ausführungsform der Wärmewiderstand zwischen dem Halbleiterlaser 1 und dem Leiterblock 6 reduziert werden. Daher kann die Wärmeableitung des Halbleiterlasers 1 verbessert werden und können eine Verbesserung der Lichtemissionseffizienz und eine Verlängerung der Lebensdauer des Halbleiterlasers 1 realisiert werden.
Darüber hinaus kann in der vorliegenden Ausführungsform, da die Wärmeableitung des Halbleiterlasers 1 verbessert werden kann, eine ausreichende Wärmeableitung sichergestellt werden, selbst wenn ein vom Leiterblock 6 getrennter Teilbereich auf dem Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche vorgesehen wird. In der vorliegenden Ausführungsform sind beim Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche Umgebungen beider Enden in der x-Achsenrichtung nicht am Leiterblock 6 befestigt. Dementsprechend kann eine Bonding-Fläche zwischen dem dielektrischen Substrat 5 und dem Leiterblock 6 reduziert werden. Daher kann eine durch den Leiterblock 6 auf das dielektrische Substrat 5 ausgeübte thermische Spannung bzw. Belastung reduziert werden und kann die Zuverlässigkeit der Halbleitervorrichtung 100 verbessert werden.
7 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 100a gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform. Als Modifikation der vorliegenden Ausführungsform kann der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche einen getrennten Teilbereich aufweisen, der vom Leiterblock 6a auf zumindest einer Seite eines Teilbereichs getrennt ist, der aus der Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 betrachtet mit dem Halbleiterlaser 1 überlappt. Außerdem kann eine gesamte Oberfläche des Leiters 8 auf der rückseitigen Oberfläche am Leiterblock 6 befestigt werden.
Darüber hinaus steht in der vorliegenden Ausführungsform, aus der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers 2 betrachtet, der Versiegelungskörper 3 zwischen dem vom Leiterblock 6 getrennten Teilbereich beim Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche und dem Leiterblock 6 vor. Der Versiegelungskörper 3 ist nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt und muss nur, aus der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers 2 betrachtet, direkt unterhalb des Leiters 8 auf der rückseitigen Oberfläche angeordnet sein.
Außerdem sind der Leiterblock 6 und das dielektrische Substrat 5 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Bezug auf den Basiskörper 2 aufgerichtet. Der Leiterblock 6 und das dielektrische Substrat 5 sind nicht auf solch eine Konfiguration beschränkt und können in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers 2 geneigt sein. Dementsprechend kann eine Emissionsrichtung von Laserlicht der Halbleitervorrichtung 100 auf einen gewünschten Winkel eingestellt werden. Wenn beispielsweise durch die Halbleitervorrichtung 100 emittiertes Laserlicht auf eine Art von reflektierendem Körper auftrifft, kann reflektiertes Licht zum Halbleiterlaser 1 zurückkehren. Da das reflektierte Rückkehrlicht den stabilen Betrieb des Halbleiterlasers 1 unterdrückt, wird das reflektierte Rückkehrlicht wünschenswerterweise reduziert. Im Anbetracht dessen kann, indem ein Winkel, der zwischen dem Leiterblock 6 und dem dielektrischen Substrat 5 und der ersten Fläche des Basiskörpers 2 ausgebildet wird, auf einen Winkel, der reflektiertes Rückkehrlicht minimiert, anstelle eines rechten Winkels eingestellt wird, der Betrieb des Halbleiterlasers 1 stabilisiert werden.
Darüber hinaus kann der Halbleiterlaser 1 mittels eines Single-Ended-Signals anstelle eines differentiellen Signals angesteuert werden. In diesem Fall können eine Signalleitung 7 und eine Zuleitung 4 vorhanden sein.
Diese Modifikationen werden gegebenenfalls auf Halbleitervorrichtungen gemäß den folgenden Ausführungsformen angewendet. Man beachte, dass die Halbleitervorrichtungen gemäß den folgenden Ausführungsformen jener der ersten Ausführungsform in vielerlei Hinsicht ähnlich sind und somit im Folgenden vorwiegend Unterschiede zwischen den Halbleitervorrichtungen gemäß den folgenden Ausführungsformen und jener der ersten Ausführungsform beschrieben werden.
Zweite Ausführungsform
8 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform. 9 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 8 entlang einer geraden Linie B-B erhalten wird. 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines von einer gestrichelten Linie in 9 umschlossenen Teilbereichs. In der Halbleitervorrichtung 200 handelt es sich bei den Verbindungselementen, die die Zuleitungen 4a und 4b und die Signalleitungen 7a und 7b elektrisch miteinander verbinden, um Drähte 10a und 10b. Die Drähte 10a und 10b sind aus Metall gebildet. In der vorliegenden Ausführungsform können die Drähte 10a und 10b verkürzt werden, indem ein Abstand zwischen der Zuleitung 4 und der Signalleitung 7 reduziert wird. Infolgedessen kann eine Induktivitätskomponente der Drähte 10a und 10b unterdrückt werden.
Darüber hinaus ist in der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers 2 ein Abstand zwischen der ersten Fläche des Basiskörpers 2 und dem dielektrischen Substrat 5 größer als ein Abstand zwischen der ersten Fläche des Basiskörpers 2 und einem Ende, auf einer Seite des dielektrischen Substrats 5, der Zuleitung 4. Mit anderen Worten sind untere Enden des dielektrischen Substrats 5 und der Signalleitung 7 an Positionen angeordnet, die höher liegen als eine obere Endfläche 41 der Zuleitung 4. Die Drähte 10a und 10b verbinden die oberen Endflächen 41 der Zuleitungen 4a und 4b und die Signalleitungen 7a und 7b elektrisch miteinander.
In den Halbleitervorrichtungen 800a und 800b gemäß den Vergleichsbeispielen sind die Signalleitung 7, das dielektrische Substrat 5 und der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche zwischen der Zuleitung 4 und dem Leiterblock 6 eingefügt. Mit dieser Struktur besteht aufgrund der Variabilität einer Befestigungsposition der Zuleitung 4 in Bezug auf den Basiskörper 2 die Möglichkeit, dass die Signalleitung 7, das dielektrische Substrat 5 und der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche nicht zwischen der Zuleitung 4 und dem Leiterblock 6 eingefügt werden können.
Im Gegensatz dazu besteht in der vorliegenden Ausführungsform keine Notwendigkeit, die Signalleitung 7, das dielektrische Substrat 5 und den Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche zwischen der Zuleitung 4 und dem Leiterblock 6 einzufügen. Daher tritt die oben beschriebene Unannehmlichkeit nie auf.
Außerdem verformen sich im Allgemeinen die Drähte 10a und 10b leichter als die Signalleitung 7 und die Zuleitung 4. Daher kann eine am dielektrischen Substrat 5 erzeugte Spannung bzw. Belastung reduziert werden und kann die Zuverlässigkeit des Produkts verbessert werden.
Darüber hinaus sind die Zuleitungen 4a und die Signalleitung 7a sowie die Zuleitung 4b und die Signalleitung 7b durch einzelne Drähte jeweils miteinander verbunden. Die Verbindungen sind jedoch nicht darauf beschränkt, und die Zuleitung 4 und die Signalleitung 7 können durch zwei oder mehr Drähte miteinander verbunden sein. Dementsprechend kann eine Induktivitätskomponente aufgrund der Drähte reduziert werden. Daher kann die Qualität elektrischer Signale, die zum Halbleiterlaser 1 übertragen werden sollen, verbessert werden.
Dritte Ausführungsform
11 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 300 gemäß einer dritten Ausführungsform. 12 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 11 entlang einer geraden Linie B-B erhalten wird. 13 ist eine vergrößerte Ansicht eines von einer gestrichelten Linie in 12 umschlossenen Teilbereichs. In der Halbleitervorrichtung 300 handelt es sich bei den Verbindungselementen, die die Zuleitungen 4a und 4b und die Signalleitungen 7a und 7b elektrisch miteinander verbinden, um die Bonding-Materialien 9a und 9b. Bei den Bonding-Materialien 9a und 9b handelt es sich beispielsweise um Bonding-Materialien aus Metall wie etwa ein Lötmetall. Außerdem sind untere Enden des dielektrischen Substrats 5 und der Signalleitung 7 an Positionen angeordnet, die höher als die obere Endfläche 41 der Zuleitung 4 liegen. Die Bonding-Materialien 9a und 9b verbinden die oberen Endflächen 41 der Zuleitungen 4a und 4b und die Signalleitungen 7a und 7b elektrisch miteinander.
Auch in der vorliegenden Ausführungsform besteht in ähnlicher Weise wie bei der zweiten Ausführungsform keine Notwendigkeit, die Signalleitung 7, das dielektrische Substrat 5 und den Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche zwischen der Zuleitung 4 und dem Leiterblock 6 einzufügen. Durch Verwenden der Bonding-Materialien 9a und 9b als Verbindungselemente kann außerdem eine Induktivitätskomponente im Vergleich mit einem Fall reduziert werden, bei dem die Drähte 10a und 10b als Verbindungselemente verwendet werden. Daher kann die Qualität elektrischer Signale, die zum Halbleiterlaser 1 übertragen werden sollen, verbessert werden.
Vierte Ausführungsform
14 ist eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung 400 gemäß einer vierten Ausführungsform. 15 ist eine Schnittansicht, die durch Schneiden von 14 entlang einer geraden Linie B-B erhalten wird. 16 ist eine vergrößerte Ansicht eines von einer gestrichelten Linie in 15 umschlossenen Teilbereichs. In der Halbleitervorrichtung 400 liegen in der Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats 5 die Zuleitung 4 und die Signalleitung 7 einander gegenüber. Ein Teilbereich, der der Signalleitung 7 gegenüberliegt, bei der Zuleitung 4 und die Signalleitung 7 sind durch Bonding-Materialien 9a und 9b elektrisch miteinander verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform kann das dielektrische Substrat 5 dünner als in den Halbleitervorrichtungen 200 und 300 gemäß den zweiten und dritten Ausführungsformen gemacht werden. Daher kann eine Fläche des dielektrischen Substrats 5 reduziert werden.
Fünfte Ausführungsform
Das dielektrische Substrat 5 ist beispielsweise aus Aluminiumoxid (AI2O3), Aluminiumnitrid (AIN) oder Siliziumcarbid (SiC) gebildet. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt in der Reihenfolge SiC, AIN und AI2O3 ab. Außerdem nimmt die Wärmeausdehnungsrate in der Reihenfolge SiC, AIN und Al2O3 zu.
Der Leiterblock 6 ist beispielsweise aus SPCC (Steel Plate Cold Commercial), Kovar, oder Kupfer-Wolfram gebildet. Beispiele von Kupfer-Wolfram umfassen CuW (10/90) und CuW (20/80). Die Wärmeleitfähigkeit nimmt in der Reihenfolge CuW (20/80), CuW (10/90), SPCC und Kovar ab. Die Wärmeausdehnungsrate nimmt der in der Reihenfolge Kovar, CuW (10/90), CuW (20/80) und SPCC zu.
Die Materialien des dielektrischen Substrats 5 und des Leiterblocks 6 können innerhalb eines Bereichs, in dem der Halbleiterlaser 1 und das dielektrische Substrat 5 aufgrund thermischer Belastung nicht brechen, geeignet kombiniert werden. In den Halbleitervorrichtungen 300 und 400 gemäß den dritten und vierten Ausführungsformen werden die Bonding-Materialien 9a und 9b verwendet, um die Signalleitung 7 und die Zuleitung 4 elektrisch miteinander zu verbinden. Daher besteht die Möglichkeit, dass eine relativ große thermische Belastung auf das dielektrische Substrat 5 ausgeübt wird. Dementsprechend werden die Wärmeausdehnungsraten des dielektrischen Substrats 5 und des Leiterblocks 6 wünschenswerter aufeinander abgestimmt.
Wenn AI2O3 als das Material des dielektrischen Substrats 5 verwendet wird, wird wünschenswerterweise zum Beispiel CuW (10/90) als das Material des Leiterblocks 6 verwendet. Die Wärmeausdehnungsrate von Al2O3 beträgt 6,9 bis 7,2 ppm/K, und die Wärmeausdehnungsrate von CuW (10/90) beträgt 7 ppm/K. Wenn AIN als das Material des dielektrischen Substrats 5 verwendet wird, wird wünschenswerterweise Kovar als das Material des Leiterblocks 6 verwendet. Die Wärmeausdehnungsrate von AIN beträgt 4,6 ppm/K und die Wärmeausdehnungsrate von Kovar beträgt 5,1 ppm/K.
Wenn die Drähte 10a und 10b genutzt werden, um die Signalleitung 7 und die Zuleitung 4 wie in der Halbleitervorrichtung 200 gemäß der zweiten Ausführungsform elektrisch miteinander zu verbinden, ist die auf das dielektrische Substrat 5 ausgeübte thermische Belastung verhältnismäßig gering. Daher kann dem Auswählen eines Materials mit hoher Wärmeleitfähigkeit Vorrang gegenüber einer Anpassung der Wärmeausdehnungsraten des dielektrischen Substrats 5 und des Leiterblocks 6 aneinander gegeben werden. Dementsprechend kann die Wärmeableitung des Halbleiterlasers 1 verbessert werden. Zum Beispiel wird vorzugsweise AIN als das Material des dielektrischen Substrats 5 verwendet und wird CuW (20/80) als das Material des Leiterblocks 6 verwendet. Die Wärmeleitfähigkeit von AIN beträgt 170 bis 200 W/m.K, und die Wärmeleitfähigkeit von CuW (20/80) beträgt 200 W/m·K.
Der Basiskörper 2 und der Leiterblock 6 können aus SPCC oder Kovar gebildet und können integriert sein. Im Allgemeinen wird oft SPCC oder Kovar als Material des Basiskörpers 2 verwendet. Durch Auswählen von SPCC oder Kovar als das Material des Leiterblocks 6 können daher der Basiskörper 2 und der Leiterblock 6 integriert werden. In diesem Fall können Formen des Basiskörpers 2 und des Leiterblocks 6 durch ein Verfahren wie etwa Pressformen oder maschinelle Bearbeitung zusammen gebildet werden.
AIN kann als das Material des dielektrischen Substrats 5 verwendet werden, und SPCC kann als das Material des Leiterblocks 6 verwendet werden. Die Wärmeausdehnungsrate von SPCC beträgt 73,3 W/m K. Dementsprechend können der Basiskörper 2 und der Leiterblock 6 integriert werden, um die Produktivität zu erhöhen, während die Wärmeableitung des Halbleiterlasers 1 verbessert wird.
SiC, AI2O3 und AIN, die als Beispiele für das Material des dielektrischen Substrats 5 angeführt wurden, weisen relative Permittivitäten auf, die in dieser Reihenfolge abnehmen. Je größer die relative Permittivität ist, desto geringer ist eine Impedanz der Signalleitung 7. Wenn die charakteristische Impedanz der Signalleitung 7 auf einen vorher bestimmten optimalen Wert eingestellt wird, wird daher vorzugsweise Al2O3 oder SiC mit hoher relativer Permittivität verwendet. Dementsprechend kann eine Leitungsbreite der Signalleitungen 7a und 7b eingeengt werden und kann das dielektrische Substrat 5 verkleinert werden.
Die Zuleitung 4 besteht beispielsweise aus einer 42-Legierung, einer 50-Legierung oder Kovar. Die 50-Legierung ist auch bekannt als 50%Ni-Fe und hat eine Wärmeausdehnungsrate von 9,9 ppm/K. Die 42-Legierung ist auch bekannt als 42%Ni-Fe und hat eine Wärmeausdehnungsrate von 5 ppm/K. Wenn SPCC als das Material des Basiskörpers 2 verwendet wird, wird zum Beispiel die 50-Legierung oder 42-Legierung als das Material der Zuleitung 4 verwendet. Wenn Kovar als das Material des Basiskörpers 2 verwendet wird, wird beispielsweise Kovar als das Material der Zuleitung 4 verwendet.
Das Material der Zuleitung 4 und das Material des dielektrischen Substrats 5 können innerhalb eines Bereichs, in dem das dielektrische Substrat 5 und der Halbleiterlaser 1 aufgrund thermischer Belastung nicht brechen, geeignet kombiniert werden. Wenn beispielsweise Kovar oder die 42-Legierung als das Material der Zuleitungen 4a und 4b verwendet wird, kann eine Fehlanpassung der Wärmeausdehnungsraten unterdrückt werden, indem AIN als das Material des dielektrischen Substrats 5 ausgewählt wird. Daher kann die auf das dielektrische Substrat 5 und den Halbleiterlaser 1 ausgeübte thermische Belastung reduziert werden und kann die Zuverlässigkeit des Produkts verbessert werden. Wenn als das Material der Zuleitungen 4a und 4b die 50-Legierung verwendet wird, kann eine Fehlanpassung der Wärmeausdehnungsraten unterdrückt werden, indem Al2O3 als das Material des dielektrischen Substrats 5 ausgewählt wird.
Sechste Ausführungsform
17 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 500 gemäß einer sechsten Ausführungsform. 18 ist eine Schnittansicht der Halbleitervorrichtung 500 gemäß der sechsten Ausführungsform. In der Halbleitervorrichtung 500 beträgt ein Durchmesser ϕ2 der Versiegelungskörper 3a und 3b 0,95 mm und beträgt ein Durchmesser ϕ1 der Zuleitungen 4a und 4b 0,43 mm. Außerdem beträgt ein Abstand L1 zwischen Mitten der Zuleitungen 4a und 4b in Draufsicht 2 mm. Darüber hinaus beträgt eine Dicke T1 des dielektrischen Substrats 5 0,2 mm, handelt es sich bei dessen Material um AIN und beträgt dessen relative Permittivität annähernd 9. Außerdem wird angenommen, dass eine Dicke der Signalleitungen 7a und 7b, die auf dem dielektrischen Substrat 5 ausgebildet sind, 0,5 µm beträgt. Überdies wird angenommen, dass eine Dicke T2 des Halbleiterlasers 1 0,1 mm oder weniger beträgt.
Eine differentielle Impedanz einer Ansteuerungsschaltung für einen Halbleiterlaser, der mittels eines differentiellen Signals angesteuert werden soll, wird oft auf 50 Ω festgelegt. Durch Festlegung einer differentiellen Impedanz der auf dem dielektrischen Substrat 5 ausgebildeten Signalleitungen 7a und 7b auf einen Wert nahe 50 Ω können daher elektrische Signale hoher Qualität zum Halbleiterlaser 1 übertragen werden. In der vorliegenden Ausführungsform fällt, wenn die differentielle Impedanz der Signalleitungen 7a und 7b auf 40 Ω oder höher eingestellt wird, die Leitungsbreite W1 der Signalleitungen 7a und 7b unter 1 mm. Dementsprechend kann eine Länge L2 des dielektrischen Substrats 5 in der x-Achsenrichtung so ausgelegt werden, dass sie geringer als 3 mm ist. Man beachte, dass die differentielle Impedanz der Signalleitungen 7a und 7b 50 Ω betragen kann, was ein optimaler Wert ist. Wie oben beschrieben wurde, kann in der vorliegenden Ausführungsform die differentielle Impedanz des Paars Signalleitungen 7a und 7b auf 40 Ω oder höher festgelegt werden und kann die Länge L2 des dielektrischen Substrats 5 in der Richtung entlang der ersten Fläche des Basiskörpers 2 auf weniger als 3 mm festgelegt werden.
Man beachte, dass in Vergleichsbeispielen, in denen der Versiegelungskörper 3 nicht bis direkt unterhalb des Leiters 8 auf der rückseitigen Oberfläche eingesetzt ist, wie etwa dem in 5 gezeigten Vergleichsbeispiel die Dicke T1 des dielektrischen Substrats 5 auf etwa 0,48 mm festgelegt werden muss, um den Abstand zwischen der Zuleitung 4 und der Signalleitung 7 auf mehr oder weniger denselben wie in der Halbleitervorrichtung 500 einzustellen. Dabei handelt es sich um eine Dicke, die mit einem Radius des Versiegelungskörpers 3 vergleichbar ist. In diesem Fall muss, um die charakteristische Impedanz der Signalleitungen 7a und 7b auf mehr oder weniger dieselbe wie in der Halbleitervorrichtung 500 einzustellen, die Leitungsbreite der Signalleitungen 7a und 7b auf 1,7 mm oder mehr festgelegt werden. An diesem Punkt beträgt die Länge L2 des dielektrischen Substrats 5 in der x-Achsenrichtung zumindest 3,4 mm oder mehr.
19 ist eine Schnittansicht, die einen Zustand zeigt, in dem eine Kappe 12 an der Halbleitervorrichtung 500 gemäß der sechsten Ausführungsform angebracht worden ist. 19 zeigt ein Beispiel einer komplettierten Form des TO-CAN. Die Kappe 12 ist mit einer Glasöffnung 11 versehen, die vom Halbleiterlaser 1 emittiertes Laserlicht durchlässt. Die Kappe 12 versiegelt das Gehäuse hermetisch. Dementsprechend kann eine Qualitätsverschlechterung aufgrund des der Außenluft ausgesetzten Halbleiterlasers 1 verhindert werden.
Im Allgemeinen beträgt ein Innendurchmesser Φ3 der Kappe 12, die zu geringen Kosten verteilt wird, annähernd 3 mm. In der Halbleitervorrichtung 800b gemäß dem Vergleichsbeispiel beträgt die Länge L2 des dielektrischen Substrats 5 zumindest 3,4 mm oder mehr. Daher kann die kostengünstige Kappe 12 mit einem Innendurchmesser von etwa 3 mm nicht verwendet werden. Im Gegensatz dazu kann in der vorliegenden Ausführungsform die Länge L2 des dielektrischen Substrats 5 auf weniger als 3 mm ausgelegt werden. Daher kann die kostengünstige Kappe 12 ohne Weiteres aufgebracht werden.
Siebte Ausführungsform
20 ist eine perspektivische Ansicht eines Messsystems 50 gemäß einer siebten Ausführungsform. Das Messsystem 50 misst elektrische und optische Eigenschaften eines TO-CAN-Gehäuses für einen Halbleiterlaser. Das Messsystem 50 umfasst eine Erreger-Spannvorrichtung 51, eine optische Faser 53 und ein Messinstrument 54. Die Erreger-Spannvorrichtung 51 weist ein Zuleitungseinsetzloch 52 auf, in das die Zuleitung 4 des TO-CAN-Gehäuses eingesetzt werden soll und das genutzt wird, um den Halbleiterlaser 1 zu erregen bzw. Spannung an ihn anzulegen. Außerdem leitet die optische Faser 53 vom Halbleiterlaser 1 emittiertes Laserlicht in das Messinstrument 54 ein. Das Messinstrument 54 misst verschiedene elektrische und optische Eigenschaften des von der optischen Faser 53 eingeleiteten Laserlichts.
Eine Position der optischen Faser 53 auf einer xy-Ebene fällt mit einem Mittelpunkt M2 eines Liniensegments zusammen, das die Mitten der zwei Zuleitungseinsetzlöcher 52 verbindet. In früher verbreiteten TO-CAN-Produkten mit niedriger Geschwindigkeit mit einer Übertragungsrate von etwa 1 Gbps wurden viele Produkte so konfiguriert, um einen Emissionspunkt eines Halbleiterlasers in Draufsicht an einem Mittelpunkt eines Mitten von zwei Zuleitungen verbindenden Liniensegments zu positionieren. Daher übernimmt das Messsystem 50 oft eine Konfiguration wie etwa jene, die in 20 gezeigt ist.
21 ist eine Draufsicht einer Halbleitervorrichtung 900 gemäß einem Vergleichsbeispiel der siebten Ausführungsform. In der Halbleitervorrichtung 900 ist der Versiegelungskörper 3 nicht in Richtung einer Seite des Leiterblocks 6 über eine Fläche hinaus eingesetzt, an der der Leiter 8 auf einer rückseitigen Oberfläche und der Leiterblock 6 in der y-Achsenrichtung miteinander in Kontakt kommen. In diesem Fall ist die Fläche, an der der Leiter 8 auf der rückseitigen Oberfläche und der Leiterblock 6 miteinander in Kontakt kommen, um zumindest annähernd 0,48 mm in der y-Achsenrichtung von dem Mitten der zwei Zuleitungen 4a und 4b verbindenden Liniensegment getrennt. Dies ist ein Abstand, der mit einem Radius des Versiegelungskörpers 3 vergleichbar ist. In der Halbleitervorrichtung 900 gemäß dem Vergleichsbeispiel wird angenommen, dass die Dicke T1 des dielektrischen Substrats 5 auf etwa 0,2 mm reduziert ist, was jener in der sechsten Ausführungsform ähnlich ist, um eine Fläche des dielektrischen Substrats 5 zu reduzieren. Auf diese Weise weicht in der Halbleitervorrichtung 900 gemäß dem Vergleichsbeispiel eine Position eines Emissionspunkts des Halbleiterlasers 1 auf der xy-Ebene in der (+y)-Richtung von dem Mitten der Zuleitungen 4a und 4b verbindenden Liniensegment ab.
22 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Halbleitervorrichtung 900 gemäß dem Vergleichsbeispiel an der Erreger-Spannvorrichtung 51 angebracht worden ist. In diesem Fall fällt ein Hauptlichtstrahl 80 des Laserlichts nicht mit einer optischen Achse der optischen Faser 53 zusammen. Daher ist eine in die optische Faser 53 eingeleitete Lichtmenge unzureichend. Dementsprechend kann die Messgenauigkeit elektrischer und optischer Eigenschaften abnehmen.
23 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem die Halbleitervorrichtung 500 gemäß der sechsten Ausführungsform an der Erreger-Spannvorrichtung 5 angebracht worden ist. Wie in 17 gezeigt ist, überlappen in der Halbleitervorrichtung 500 der Mittelpunkt M1 des Mitten des Paars von Zuleitungen 4a und 4b verbindenden Liniensegments und der Emissionspunkt des Halbleiterlasers 1 miteinander aus einer Richtung betrachtet, in der sich das Paar von Zuleitungen 4a und 4b erstreckt. Mit anderen Worten ist der Emissionspunkt des Halbleiterlasers 1 beim Mittelpunkt M1 des Mitten der Zuleitungen 4a und 4b verbindenden Liniensegments auf der xy-Ebene positioniert.
In diesem Fall fällt der Hauptlichtstrahl 80 des Laserlichts mit der optischen Achse der optischen Faser 53 zusammen. Daher kann das Laserlicht in ausreichender Weise in die optische Faser 53 eingeleitet werden. Dementsprechend kann eine ideale Messung elektrischer und optischer Charakteristiken realisiert werden.
Man beachte, dass die in den obigen Ausführungsformen beschriebenen technischen Merkmale gegebenenfalls kombiniert werden können.
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterlaser, 2 Basiskörper, 3, 3a, 3b Versiegelungskörper, 4, 4a, 4b Zuleitung, 5 dielektrisches Substrat, 6, 6a Leiterblock, 7, 7a, 7b Signalleitung, 8 Leiter auf der rückseitigen Oberfläche, 9a, 9b Bonding-Material, 10a, 10b Draht, 11 Glasöffnung, 12 Kappe, 41 obere Endfläche, 50 Messsystem, 51 Erreger-Spannvorrichtung, 52 Zuleitungseinsetzloch, 53 optische Faser, 54 Messinstrument, 80 Hauptlichtstrahl, 100, 100a, 200, 300, 400, 500, 800a, 800b Halbleitervorrichtung, 805b dielektrisches Substrat, 806 Leiterblock, 900 Halbleitervorrichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012064817 A [0003]

Claims

Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Basiskörper, der eine erste Fläche und eine zweite Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Fläche aufweist und in dem ein von der ersten Fläche zur zweiten Fläche hindurchgehendes Durchgangsloch ausgebildet ist; eine Zuleitung, die durch das Durchgangsloch verläuft und die sich zu einer Seite der ersten Fläche des Basiskörpers erstreckt; einen Versiegelungskörper, der einen Raum zwischen der Zuleitung und einer seitlichen Oberfläche des Basiskörpers füllt, die das Durchgangsloch bildet; ein dielektrisches Substrat, das eine erste Hauptoberfläche, die in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers aufgerichtet ist, und eine zweite Hauptoberfläche aufweist, die eine Fläche auf einer entgegengesetzten Seite zur ersten Hauptoberfläche ist und die in einem Zustand angeordnet ist, in dem sie in Bezug auf die erste Fläche des Basiskörpers aufgerichtet ist; einen Halbleiterlaser, der auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist; eine Signalleitung, die auf der ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist und die mit dem Halbleiterlaser elektrisch verbunden ist; ein Verbindungselement, das die Signalleitung und die Zuleitung elektrisch miteinander verbindet; und einen Leiter auf der rückseitigen Oberfläche, der auf der zweiten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats angeordnet ist, wobei aus einer Richtung senkrecht zur ersten Fläche betrachtet der Versiegelungskörper direkt unterhalb des Leiters auf der rückseitigen Oberfläche angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Versiegelungskörper aus der Richtung senkrecht zur ersten Fläche betrachtet in einem Bereich auf einer entgegengesetzten Seite zum dielektrischen Substrat in Bezug auf den Leiter der rückseitigen Oberfläche angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: einen Leiterblock, der das dielektrische Substrat über den Leiter auf der rückseitigen Oberfläche auf der Seite der ersten Fläche des Basiskörpers hält, wobei der Leiter auf der rückseitigen Oberfläche aufweist: einen Kontaktteilbereich mit dem Leiterblock, wobei der Kontaktteilbereich in einem Teilbereich angeordnet ist, der aus einer Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats betrachtet mit dem Halbleiterlaser überlappt; und einen getrennten Teilbereich, der auf zumindest einer Seite des Kontaktteilbereichs in einer Richtung entlang der ersten Fläche des Basiskörpers angeordnet ist und der vom Leiterblock getrennt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Versiegelungskörper aus der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers betrachtet zwischen dem getrennten Teilbereich und dem Leiterblock hervorragt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Abstand zwischen der ersten Fläche des Basiskörpers und dem dielektrischen Substrat in der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers größer ist als ein Abstand zwischen der ersten Fläche des Basiskörpers und einem Ende, auf einer Seite des dielektrischen Substrats, der Zuleitung in der Richtung senkrecht zur ersten Fläche des Basiskörpers.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verbindungselement ein Draht ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verbindungselement ein Bonding-Material ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zuleitung und die Signalleitung in einer Richtung senkrecht zur ersten Hauptoberfläche des dielektrischen Substrats einander gegenüberliegen, ein der Signalleitung gegenüberliegender Teilbereich bei der Zuleitung und die Signalleitung durch das Verbindungselement elektrisch miteinander verbunden sind und das Verbindungselement ein Bonding-Material ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: ein Paar der Zuleitungen, die jeweils durch ein Paar der im Basiskörper ausgebildeten Durchgangslöcher verlaufen und die sich zur Seite der ersten Fläche des Basiskörpers erstrecken; und ein Paar der Signalleitungen, die mit dem Halbleiterlaser elektrisch verbunden sind und die ein differentielles Signal von dem Paar Zuleitungen zum Halbleiterlaser übertragen.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei eine differentielle Impedanz des Paars Signalleitungen 40 Ω oder mehr beträgt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Länge des dielektrischen Substrats in einer Richtung entlang der ersten Fläche des Basiskörpers geringer als 3 mm ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei ein Mittelpunkt eines Liniensegments, das Mitten des Paars Zuleitungen verbindet, und ein Emissionspunkt des Halbleiterlasers aus einer Richtung betrachtet, in der sich das Paar Zuleitungen erstreckt, miteinander überlappen.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das dielektrische Substrat aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Siliziumcarbid gebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Leiterblock aus SPCC, Kovar oder Kupfer-Wolfram gebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Basiskörper und der Leiterblock aus SPCC gebildet und integriert sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Basiskörper und der Leiterblock aus Kovar gebildet und integriert sind.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die Zuleitung aus einer 42-Legierung, einer 50-Legierung oder Kovar gebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Verbindungselement ein Draht ist, das dielektrische Substrat aus Aluminiumnitrid gebildet ist und der Leiterblock aus Kupfer-Wolfram gebildet ist.