FI79215C - Optoelektronisk anordning. - Google Patents

Description

7921 5

Valoelektroninen laite

Keksinnön kohteena on erityisen valoelektronisen laitteen edelleenkehitysmuoto, joka on määritelty patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa. Tämän johdanto-osan piirteitä on esitetty esim. EP-patentisea 17701. Nämä piirteet ilmenevät myös julkaisusta DE-OS 32 44 882, kuviot 2, 3 ja 5. Samankaltaisia laitteita on edelleen esitetty hakemus julkaisuissa DE-OS 33 11 038, 33 37 131, 34 06 424, 34 29 234 ja 34 29 282.

Keksintö on kehitetty sinänsä ennen kaikkea hakemuksissa P 34 06 424, kuvio 2, edelleen P 34 29 234, kuvio 3 ja P 34 29 282 esitettyjen valoelektronisten laitteiden muunnelmana, niin että periaatteessa tämä keksintö voitaisiin jättää myös näiden hakemusten lisähakemuksena; siten näiden hakemusten julkaisu katsotaan täysin kuuluvaksi tässä tähän hakemukseen. Keksintöä voidaan kuitenkin soveltaa myös tämän lisäksi muihin, patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määriteltyihin valoelektronisiin laitteisiin, niin että se on käsitelty omassa hakemuksessa.

Julkaisun EP-17701 mukaisessa laitteessa esiintyy haittapuolia valohäviöiden johdosta niissä kohdissa, joissa valonjoh-tojärjestelmä on liitetty kytkentäkappaleeseen, josta edelleen johtaa johtokappale. Tunnetun laitteen haittapuolena on myös valmistuksen hankaluus, koska johtokappale on liimattava kiinni onttoon metalliosaan, joka vastaa esillä olevan keksinnön mukaista metallipäällystettä.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada mahdollisimman yksinkertainen yhteenliittäminen valonjohtojärjestelmän ja optisen komponentin välillä sekä edelleen lisätä laitteen ylärajataajuutta, esim. pitkälti yli 600 Mbittiä/β samoin kuin vähentää mahdollisimman paljon komponentin ja valonjohtojärjestelmän välisiä valohäviöitä, ilman että rajataajuuden korotus ei ainakaan olennaisesti haittaa tätä.

Keksinnön tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksessa 1 esitetyillä toimenpiteillä. Reikään kiinni liimattava johdinosa 2 7921 5 vältetään. Reikäseinämän metallinen päällyste toimii nimittäin toisaalta sitä varten, että parannetaan mahdollisimman lyhyillä, mahdollisimman leveillä, siis omainduktanssiköyhil-lä (ja usein myös omakapasitanssiköyhillä) tulojohtoraken-teilla ja että tätä suurtaajuuden suhteen edullista reikäsei-nämän päällystettä voidaan käyttää hajavalon heijastimena tarvittaessa niin, että voidaan saada aikaan jopa valohäviöi-den väheneminen huolimatta rajataajuuden paranemisesta.

Alivaatimuksissa esitetyt lisäpiirteet mahdollistavat lisäetuja. Siten mahdollistavat piirteet vaatimuksen 2 mukaan sen, että toinen tulojohto voidaan erottaa kapasitiiviseeti hyvin ensimmäisestä tulojohdosta ja siten voidaan vähentää komponentin kapasitiivisia silloituksia, vaatimuksen 3 mukaan sen, että toinen tulojohto voidaan muodostaa omainduktanssiköyhästi ja siitä huolimatta molemmat tulojohdot voidaan ohjata tuen komponentista poispäin olevalle pinnalle, vaatimuksen 4 mukaan sen, että toinen tulojohto voidaan yhdistää yksinkertaisesti massatuotantoon sopivalla tavalla komponentin vastaavaan kontaktikohtaan, vaatimuksen 5 mukaan sen, että toinen tulojohto voidaan yhdistää aivan erityisen omainduktanssiköyhästi komponentin vastaavaan kontaktikohtaan, vaatimuksen 6 mukaan sen, että tukea voidaan käyttää samalla vahvistimena, joka vahvistaa komponentista optisesti lähetetyt tai sen vastaanottamat signaalit puolestaan sähköisesti esivahyistimena tai jälkivahvistimena, vaatimuksen 7 mukaan sen, että toisaalta voidaan vähentää komponentin ja tulojohtojen ja toisaalta puo1ijohdekappa-leen/vahvistimen välistä kytkentäkapasiteettia ja siten korottaa edelleen laitteen rajataajuutta sekä vaatimuksen Θ mukaan sen, että voidaan parantaa tai vast, taata yleensä erittäin korkeaa säätötarkkuutta vaativan laitteen sähköinen suojaus ja mekaaninen vakavuus.

Keksinnön periaatetta ja sen edelleenkehitysmuotoja selitetään lähemmin kuvioissa kaaviomaisesti esitettyjen sovellu- 3 7921 5 tusesimerkkien avulla, jolloin kuviot esittävät selvyyden vuoksi vain kaaviomaisesti keksinnön olennaisia osia. Tällöin kuvio 1 esittää komponentin sähköistä ja optista kytkentää, kuvio 2 esittää tämän kytkennän erästä toista esimerkkiä, jossa on komponentin erittäin lyhyt omainduktanssiköyhä kytkentä sen ensimmäisen tulojohdon kautta samalla vahvistimena toimivan tuen vastaaviin liitäntöihin, sekä kuvio 3 esittää kuviota 2 pitkälti vastaavaa esimerkkiä, jossa kuitenkin komponentin ja (etenkin ensimmäisen tulo-johtojen omakapasitanssi on erittäin pieni suhteessa vah-vistinsiruun, minkä ansiosta saadaan aikaan erittäin korkea rajataajuus.

Kaikki kuviot esittävät siis keksinnön mukaisen valoelek-tronisen laitteen sovellutusesimerkkejä valon muuntamiseksi jännitteeksi tai vast, virraksi tai jännitteen tai vast, virran muuntamiseksi valoksi.

Kaikissa esitetyissä laitteissa on valonjohtojärjestelmä, jossa on lasikuitu L, jolloin tämä lasikuitu L on suunnat-; tu joko, vrt. kuvioon 1, pallolinssin K, tai vrt. kuvioi hin 2 ja 3, nimellä "Taper” nimitetyn kärjen kautta komponentin D optisesti aktiiviseen kohtaan. Tämä komponentti D on tällöin sijoitettu aina tuen T takasivulle suhteessa valonjohtojärjestelmään L, jolloin tuessa T on reikä LO, jonka läpi valonjohtojärjestelmä L on kytketty optisesti : J komponentin D optisesti aktiiviseen kohtaan. Komponentti D on siis reiän LO kohdalla kiinnitetty tuen T takasivulle.

Komponentti D voi olla esim. kiintokappalelaser tai valo---- diodi, esim. InGaAs/InP-valodiodi julkaisun telecom report 6 (1983), liite "Nachrichtenubertragung mit Licht", s. 97- 101.

4 7921 5

Valonjohtojärjestelmässä voi olla periaatteessa sinänsä mielivaltainen rakenne ja se voi olla kytketty jäykästi mielivaltaisella tavalla mekaanisesti tukeen T. Kuviossa 1 on esitetty ainoastaan kaaviomaisesti vaippa M ja kuviossa 3 on esitetty metallikotelo MG. Tätä metal1ikoteloa MG ei voida käyttää ainoastaan laitteen sähkö- ja optiseen suojaukseen ympäristöstä tulevien häiriövaikutusten suhteen, vaan sitä voidaan käyttää myös tuen T ja valonjohtojärjestelmän L väliseen jäykkään mekaaniseen liitäntään, nimittäin etenkin myös tavalla, joka on jo esitetty yllä mainituissa hakemuksissa.

Kaikkien keksinnön mukaisten sovellutusesimerkkien eräs erikoisuus on se, että reiän LO seinämässä on kulloinkin metallinen päällyste DD, joka toimii ensimmäisen sähkötulojohdon osana, vrt. kuviossa 1 ensimmäinen tulojohto, joka koostuu useista liitetyistä (gebondeten), keskenään yhdensuuntaisesti kytketyistä massiivisista johtimista D2, suuripintaisesta rengasmaisesta elektrodista E2 ja päällysteestä DD. Komponentissa D on kuvioissa esitetyissä sovellutusesimerkeissä kulloinkin ainoastaan kaksi tulojohtoa, jolloin toinen tulo-" johto muodostetaan kuviossa 1 massiivisella johdinlangalla ' Dl ja suuripintaisella elektrodilla El. Toisen tulojohdon omainduktanssin pienentämiseksi ja siten laitteen rajataa-: : juuden lisäämiseksi voidaan yhden ainoan johtimen Dl sijas ta sijoittaa useita keskenään yhdensuuntaisesti kytkettyä johdinta Dl.

Kuvioiden 2 ja 3 tulojohdot on muodostettu vastaavalla tavalla. Kuviossa 2 esitetty ensimmäinen tulojohto muodostetaan yksinään reikäseinämän päällysteellä DD, jolloin sivuilla olevat metalloinnit reiän ulkopuolella toimivat toi-: saalta komponentin D kanssa tapahtuvaa kontaktointia varten ja toisaalta vahvistinsirun V transistoreiden (kuviossa ei esitetty) kanssa tapahtuvaa liitäntää varten. Vahvistinsirun V transistoreille toimitetaan johtimien Zl ja liitäntä-nastojen Z kautta ulkoa vastaavat potentiaalit, jolloin osa näistä liitäntänastoista Z voi johtaa myös suurtaajuisia vir- 5 7921 5 toja. Kuviossa 2 esitetyssä esimerkissä muodostetaan siis tuki D vahvistinsirulla tai vast, puolijohdesirulla V. Tuki T/vahvistinsiru V on puolestaan rengasmaisen eristinlohkon RP kautta pohjalevyn P päällä, joka voi puolestaan koostua esim. metallista ja joka voi olla laitteen ympärillä olevan metallikotelon osa. Rengasmaisen eristinlohkon RP ja tuen T väliin on sijoitettu vielä metallointi DIA, joka muodostaa toisen tulojohdon osan komponenttiin D ja joka voi olla yhdistetty esitetyssä esimerkissä yhden tai useamman massiivisen johtimen Dl kautta komponenttiin D liittämällä (Bonden). Tämä metallointi DIA on ohjattu esitetyssä esimerkissä reunan ympäri ylöspäin, jolloin ylhäällä voi olla muodostettu liitäntä tuen T/vahvistinsiru V transistoreihin. Tällaisella toisen tulojohdon osana olevalla metalloinnilla DIA on erittäin pieni omainduktanssi ja se lisää siten laitteen raja-taajuutta .

Kuviossa 3 esitetyssä esimerkissä puolijohdesiru/vahvistin-; '· siru V on sijoitettu eristimellä muodostetun tuen T päälle.

Sekä vahvistinsirussa V että tuessa on kummassakin reiät LO, LOF, jotka on järjestetty toistensa suhteen sama-akseli-- sinä, jolloin molempien reikien läpi on saatu aikaan kompo nentin D ja valonjohtojärjestelmän L välinen optinen kyt- kentä. Kuviossa 3 esitetyssä esimerkissä tuen T reikäseinä- män päällyste DD on yhdistetty useiden keskenään yhdensuuntaisesti kytkettyjen massiivisten liitosjohtimien (Bonddracht) D2 kautta rengasmaiseen elektrodiin puolijohdesirun B sama-akselisen reiän LOF ympärille, ja ensimmäinen tulojohto koostuu tästä syystä tästä rengasmaisesta elektrodista R, joka vastaa kuvion 1 elektrodia E2, sekä liitosjohtimista D2 ja - tuen T reiässä LO olevasta metal 1 ipääl lysteestä. Komponen tin D toinen tulojohto koostuu tässä esimerkissä yhdestä tai useammasta keskenään yhdensuuntaisesti kytketystä liitos-johtimesta Dl sekä metal1ikohdasta El, joka on yhdistettävissä tarvittaessa johtavasta tuen T toisen reiän LOI metal-lipäällysteen DDl kanssa; mahd. reiän LOI ympärille sijoitettu päällyste DDl toimii esim. induktanssin pienentämiseksi, 6 79215 jolloin tämä ylöspäin johtava päällyste DD1, etenkin, mikäli omakapasitanssin lisäämistä pidetään liian merkityksettömänä, on yhdistettävissä myös toisen metalloinnin ja johtimien Dll kautta puolijohdesirun V transistoreiden kanssa. Toinen tulo-johto koostuu siis kuviossa 3 esitetyssä esimerkissä liitos-johtimista Dll, metalloinneista, jotka kulkevat myös reiän LOI läpi, ja liitoslangoista Dl.

Muutoin kuv. 3 esittää karkeasti esimerkkinä, että eristimillä I eristetystä ulospäin ohjatut 1iitäntänastat Z muodostavat metallikotelon MG sisään sijoitetun laitteen sähköliitännät. Tämä metallikotelo MG suojaa laitetta optisesti ja sähköisesti ympäristön vaikutuksia vastaan sekä stabilisoi pitkäaikaisesti erittäin suurella tarkkuudella säädetyn optisen kytkennän valonjohtojärjestelmän L ja komponentin D välillä.

Kuviossa 3 esitetty tuki T voi olla muodostettu samoin kuin kuviossa 2 esitetty rengasmainen lohko RP sekä kuviossa 1 esitetty tuki myös Ai20^-substraattimassalla. Reikä LO, myös LOF ja LOI voi olla porattu esim. laserilla. Etenkin -|· kun tuki on puolijohdesiru, vrt. kuvio 2, silloin reikä voi daan valmistaa myös suuremmalla tarkkuudella syövyttämällä.

" Metallinen päällyste DD, myös DDl, sinänsä myös metalloinnit

El, E2, DIA, R voidaan valmistaa kulloinkin esim. valopaina-tuksella, myös aiipainevalopainatuksella sekä käytettäessä piitä substraattina epitaksialla.

Puolijohdesiru B, vrt. etenkin kuviot 2 ja 3, voidaan tarkastaa huolimatta sen reikäseinämässä olevasta metallipäällys-teestä laitteen sisällä erikseen, riippumatta siitä, onko komponentti D jo asennettu vai ei. Samoin komponentti D voidaan tarkastaa sen asennuksen jälkeen periaatteessa riippumatta puolijohdesirusta V, mikä on tärkeää etenkin kuviois-• sa 2 ja 3 eistetyssä laitteessa, koska siinä voidaan päästä käsiksi komponenttiin D vain vaivoin levyn P sijoittamisen jälkeen.

7 79215

Reiän LO metallipäällysteellä, myös mahd., vrt. kuvio 3, sama-akseliseen reikään LOF sijoitetulla metallipäällysteellä on myös valoaheijastavia ominaisuuksia, minkä ansiosta hajavalohäviöitä voidaan periaatteessa vähentää, mikäli tähän on tarvetta. Kun tällöin kaikki näissä reikäseinä-missä olevat metal1ipäällysteet verhoavat kulloinkin ympäriinsä koko reiät, on nimittäin näiden päällysteiden valon-heijastus kulloinkin erittäin suuri.

Kaikissa kuvioissa esitetyissä esimerkeissä toinen tulo-johto, vrt. El/Dl , on sijoitettu komponenttiin D komponenttiin D päin olevaan tuen T takapintaan (tai vast, sen päälle). Siten molempien tulojohtojen välinen kapasitanssi voidaan tehdä pienemmäksi kuin silloin, kun molemmat tulojohdot kulkisivat tiiviisti vierekkäin komponentista poispäin olevalla tuen sivulla.

Liitäntäjohtimien Dl, samoin liitäntä johtimien D2, vrt. kuviot 1 ja 3, tulisi olla mahdollisimman lyhyitä, jotta näiden johtimien omakapasitanssi ja omainduktanssi on mahdollisimman pieni. Näiden johtimien omainduktanssia voidaan vähentää edelleen siten, että useita tällaisia johtimia sijoitetaan ... kulloinkin toistensa suhteen yhdensuuntaisesti kytkettyinä, kuten jo mainittiin.

Keksintö mahdollistaa siis tulojohtojen erittäin alhaiset omainduktanssit (ja omakapasitanssit), minkä ansiosta laitteen ylärajataajuudesta tulee vastaavasti korkea.

Claims (8)

1· Valoelektroninen laite valon muuttamieekei jännitteek si tai vast, virraksi tai jännitteen tai vast, virran muuttamiseksi valoksi, jossa laitteessa on valonjohtojärjestelmä (K, L> esim. linssi CK) ja/tai lasikuitu CL), tuki CT), jonka päälle on kiinnitetty valoelektroninen komponentti CD), jossa on vähintään kaksi sähkötulojohtoa CE1/D1, E2/D2/DD), - tukeen CT) siten sijoitettu reikä CLO), että komponentin CD) optisesti aktiivinen kohta on suunnattu reiän CLO) läpi valonjohtojärjestelmään CK, L), ja reiän seinämässä metallinen päällyste CDD), joka kokonaan peittää reiän koko kehän sekä laitteen käytössä muodostaa osan komponentin CD) ensimmäisestä, suurtaajuusvirran johtavasta tulojohdosta, tunnettu siitä, että valonjohtojärjestelmä ulottuu vain vähän matkaa reiän CLO) sisään eikä tällöin kosketa reiän päällystettä, ja että tätä siten käytetään hajonneen valon heijastimena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä että toinen tulojohto CE1/D1) komponenttiin CD) on sijoitettu tulen CT) komponenttiin CD) päin olevaan takapintaan tai vast, sen päälle.

3. Patenttivaatimuksen 2 muakinen laite, tunnettu siitä että tuessa CT) on toinen reikä CLOl), jossa on ainakin osittain metallieesti verhottu oma päällyste CDD1), joka muodostaa toisen tulojohdon CE1/D1) osan.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen laite, tunnettu siitä, että toisen tulojohdon CE1/D1) päätykappaleeksi on sijoitettu komponentin CD) vastaavaan kontaktikohtaan massiivinen liitäntäjohdin CD1).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä että useita 1iitäntäjohtimia (Dl) on kytketty sähköisesti rinnan.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että tuki (T) on puolijohdesiru <V) (kuvio 2).

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että tuki <T) on eristinlevy, jonka päälle on kiinnitetty reiän <LOF> sisältävä puolijohdesiru (V) siten komponentista <D> poispäin olevalle tuen pinnalle, että tuen reikä (LO) on samankeskinen puolijohdesirun reiän (LOF) kanssa < kuvio 3).

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että tuki (T) ja komponentti (D) on sijoitettu meta11ikotelon (MG) sisälle, jossa on sähköisesti eristetyt (I) tulojohtonastat (Z) sekä aukko valonjohtojärjestelmän (L) läpivientiä varten.