JP3139423B2 - 光素子の実装構造 - Google Patents

光素子の実装構造

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザやフ
ォトダイオードなどの光素子を実装する光素子の実装構
造に関する。
【0002】
【従来技術】光ファイバなどの光伝送路と発光素子であ
る半導体レーザ(LD)や受光素子であるフォトダイオ
ード(PD)などの光素子を光結合させた光通信用の光
モジュールは、光通信システムを構成する上で重要なデ
バイスの1つである。
【0003】一般に、光モジュール内の光素子の実装構
造は、Si基板などの光実装基板に半田を用いて接合さ
れている。このような構造は、(1995年電子情報通
信学会エレクトロニクスソサイアティ大会講演集、蔵田
他「表面実装型光モジュールの開発」講演番号SC−1
−12)に記されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】Si基板などの光実装
基板に半田を用いて接合されている光素子は、光素子と
実装基板との熱膨張係数の違いにより、半田接合後の光
素子の活性層や吸収層に内部応力が残留する。このた
め、光素子が短命となり、光モジュールの信頼性を低下
させる。特に、LDが並列につながっている多チャンネ
ルのアレイLD等のアレイ光素子においては、単チャン
ネルの光素子に比べ、熱収縮量が大きいため内部応力が
大きく、更なる信頼性低下が懸念されていた。
【0005】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、光素子の活性層や吸収層に発生する内部応
力を小さくして信頼性の向上を図り、加えて集積化、小
型化に寄与できる技術を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明の要
旨は、実装基板の電極面上に半田を介して光素子の電極
面が接合されている光素子の実装構造において、前記半
田層部分のうち、前記光素子の活性層又は吸収層の真下
部分で、且つ前記実装基板の電極面と、これに接合され
ている前記光素子の電極面との間に、前記半田の無い空
洞領域が設けられ、該空洞領域に接する前記実装基板の
電極面の上面、及び前記光素子の電極面の下面は酸化シ
リコン膜に覆われていることを特徴とする光素子の実装
構造に存する。請求項2記載の発明の要旨は、前記空洞
領域が、前記活性層または吸収層の領域よりも広いこと
を特徴とする請求項1に記載の光素子の実装構造に存す
る。請求項3記載の発明の要旨は、前記光素子が発光素
子である、請求項1又は2に記載の光素子の実装構造に
存する。請求項4記載の発明の要旨は、前記光素子が受
光素子である、請求項1又は2に記載の光素子の実装構
造に存する。請求項5記載の発明の要旨は、前記実装基
板がSi基板である、請求項1〜4のいずれかに記載の
光素子の実装構造に存する。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照して説明する。図1は、本発明の実
施の形態を示す概略断面図である。本構成は、Si(シ
リコン)基板1上の電極2に半田を介して光素子である
半導体レーザ(LD)4の電極5が接合されている。こ
こで、電極5は、活性層6側の電極面である。また、L
D4の活性層6下の空洞領域3−1は、半田が無い空間
となっており、その外側(周囲)は半田接合されている
半田層領域3−2となっている。
【0008】このような構成により、活性層6の真下の
空洞領域3−1では、空間であるため応力フリーとな
る。このため、半田接合後に於いて、空洞領域3−1の
真上にある活性層6は、空洞領域3−1を設けない従来
の構造に比べ内部応力が緩和される。
【0009】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について、図
1を参照しながら説明する。ここで、LD4は、共振器
長200μm、幅250μm、厚さ100μmの端面発
光型のInP系の半導体レーザで、活性層側のAu電極
5がAuSn半田を介してSi基板1上のAu電極2に
接合されている。活性層は幅1μm、厚さ0.2μm
で、Au電極2及び5の厚さは1μm、AuSn半田層
の厚さは2μm、空洞領域3−1の幅は60μmであ
る。空洞領域3−1のAu電極2及び5の表面には、A
uSn半田が接合しないように、厚さ0.1μmの酸化
膜であるSiO2膜7が形成されている。
【0010】図2に空洞領域3−1の幅Wと、半田接合
後の活性層6に発生する内部応力との関係を示す。空洞
領域3−1の幅Wがゼロ、すなわち従来のように空洞領
域3−1を設けない場合には、活性層6の応力は大きい
が、空洞領域3−1幅Wが広くなるに従い、応力は緩和
されるのが分かる。
【0011】本実施例の空洞領域幅Wが60μmの場
合、応力は従来の約1/4に低減されている。これは、
活性層6の真下の空洞領域3−1では、空間であるため
応力フリーとなる。このため、空洞領域3−1の真上に
ある活性層は、半田接合後に於いて、空洞領域3−1を
設けない従来の構造に比べ内部応力が緩和される。これ
により、本発明の光実装構造は、光素子の信頼性が向上
する。
【0012】ここで、活性層6の真下に空洞領域3−1
を設けた場合、活性層6で発生する熱は空洞領域3−1
で流れを妨げられ、放熱が悪くなることが懸念される。
しかしながら、空洞領域3−1の厚さが薄いため、熱は
空洞領域3−1でも遜色無く流れ、放熱上特に問題とな
らない。
【0013】また、図2は、空洞領域幅Wと活性層6の
応力の関係を示したが、受光素子等の吸収層の応力と空
洞領域幅Wとの関係でも同様な傾向がある。すなわち、
受光素子の吸収層の真下の半田接合に空洞領域を設ける
ことにより、吸収層の応力は緩和され、受光素子の信頼
性が向上する。
【0014】尚、本実施例では、LD4の活性層側の
面、すなわちLD4の半田接合面を平坦としたが、これ
に限定されず、例えばLD4の特性改善のためメサ構造
にしても良く、実施例で示したように半田接合部に空洞
領域を設ければ本発明の効果は失われない。
【0015】また、本実施例では、空洞領域内にAuS
n半田が流れ込まない様に厚さ0.1μmのSiO2
7をLD4側電極5とSi基板1側電極2の両方に設け
たが、これに限定されず、例えば、酸化膜を電極5と電
極2のどちらか一方に設けて、一方の電極のみに半田を
接合させた空洞領域を設けても良い。
【0016】また、本実施例では空洞領域幅Wを60μ
mとしたが、これに限定されず、許容応力値と必要接合
強度等から空洞領域幅Wを任意に設定して良い。また、
本実施例では、単チャンネルのLDを用いたが、集積化
に有利な多数個のLDが並列になったアレイLDでも良
く、例えば各チャンネルLD毎に活性層下の半田接合部
に空洞領域を設けても良い。
【0017】また更に、光素子としてLDを用いたが、
これに限定されず、端面入射型の導波路型PD受光素
子、分布帰還型半導体レーザ(DFB−LD)、半導体
光アンプ、アレイ光素子等の他の光素子でも良く、例え
ば端面入射型の導波路型PD受光素子の場合には、吸収
層の真下の半田接合部に空洞領域を設ければ良い。
【0018】また、分布帰還型半導体レーザの場合に
は、活性層に回折格子が形成されているため、活性層下
に空洞領域を設けることにより、活性層の信頼性向上ば
かりではなく、内部応力による回折格子の特性不安定さ
が低減され、安定な発振特性が得られる。
【0019】
【発明の効果】光素子の活性層または吸収層の真下の空
洞領域は、半田の無い空間となっており、その外側は半
田接合領域となっている。この構成で、活性層真下の空
洞領域では、空間であるため応力フリーとなる。このた
め、その真上にある活性層または吸収層は、空洞領域を
設けない従来の構造に比べ内部応力が緩和され、光素子
の信頼性が向上する。
【0020】また本発明は、多数個の光素子が並列にな
ったアレイ光素子にも適用可能なため、集積化、小型化
された高信頼の光モジュールが実現できる。また、光素
子の活性層または吸収層側を実装基板に接合可能なた
め、更には高さ位置規定の台座を設けることが出来るた
め、光軸位置調整工数が低減できるパッシブアライメン
ト実装に必須な光素子の高さ位置規定が容易となる。こ
れにより、工数低減による低価格が容易な、高信頼の光
モジュールが実現できる。
【0021】また、更に分布帰還型半導体レーザの場合
には、内蔵されている回折格子の内部応力による特性不
安定さが低減されるので、低価格で、高性能なDFB−
LD光モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図2】空洞領域の幅Wと、活性層の内部応力の関係を
示す特性図である。
【符号の説明】
1 Si基板 2 Si基板側Au電極 3−1 空洞領域 3−2 AuSn半田層領域 4 LD(半導体レーザ) 5 LD側Au電極 6 活性層 7 SiO2 膜(酸化シリコン膜)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実装基板の電極面上に半田を介して光素
    子の電極面が接合されている光素子の実装構造におい
    て、 前記半田層部分のうち、前記光素子の活性層又は吸収層
    真下部分で、且つ前記実装基板の電極面と、これに接
    合されている前記光素子の電極面との間に、前記半田の
    無い空洞領域が設けられ、 該空洞領域に接する前記実装基板の電極面の上面、及び
    前記光素子の電極面の下面は酸化シリコン膜に覆われて
    いる ことを特徴とする光素子の実装構造。
  2. 【請求項2】 前記空洞領域が、前記活性層または吸収
    層の領域よりも広いことを特徴とする請求項1に記載の
    光素子の実装構造。
  3. 【請求項3】 前記光素子が発光素子である、請求項1
    又は2に記載の光素子の実装構造。
  4. 【請求項4】 前記光素子が受光素子である、請求項1
    又は2に記載の光素子の実装構造。
  5. 【請求項5】 前記実装基板がSi基板である、請求項
    1〜4のいずれかに記載の光素子の実装構造。
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