JP3256126B2 - オプトエレクトロニクス変換器 - Google Patents

オプトエレクトロニクス変換器

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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、ビームを発信ある
いは受信する半導体デバイスと、該デバイスが取り付け
られる基板と、半導体デバイスに光学的に整列されたレ
ンズ装置に対する基板に結合されたスペーサとを有する
オプトエレクトロニクス変換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の変換器は例えば米国特許第４０
５５７６１号明細書あるいは特開平５−２１８４６３号
公報で知られている。その場合の主な問題は変換器を良
好な効率で作動することにある。これは、半導体デバイ
ス自体の特性は別として、レンズ装置が光学的に最適に
半導体デバイスに整列されることによって達成される。
この場合にのみ半導体デバイスからの光を高い効率で光
導体に送り出し、光導体から半導体デバイスに取り込む
ことができる。
【０００３】更にオプトエレクトロニクス変換器では、
作動中においても最適の調整状態が維持されることを保
証しなければならない。すなわち作動中に変換器が過熱
された際、効率を悪化するような調整状態の狂いを生じ
ることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
に述べた形式のオプトエレクトロニクス変換器を、温度
変化が半導体デバイスとレンズ装置との間の調整状態に
ほとんど影響を与えないように改良することにある。更
にこのようなオプトエレクトロニクス変換器の簡単な製
造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によればこの課題
は、基板、スペーサおよびレンズ装置が熱膨張係数が少
なくとも近似している材料から成ることによって解決さ
れる。
【０００６】本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲
の請求項２から請求項９に、オプトエレクトロニクス変
換器の有利な製造方法は請求項１０及び１１に記載され
ている。
【０００７】
【実施例】以下図に示した実施例を参照して本発明を詳
細に説明する。
【０００８】図１におけるオプトエレクトロニクス変換
器１１は基板１上に据え付けられている。基板１の上側
面に凹所２が設けられている。凹所２の両側に帯状隆起
部３が設けられている。凹所２の中にビームを受信ある
いは発信する半導体デバイス６が金属層５を介して取り
付けられている。これは例えばフォトダイオードないし
発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはバーチカル・キャビ
ティ・サーフェイス・エミッタ・レーザー（ＶＣＳＥ
Ｌ）である。金属層５は更に半導体デバイス６に給電す
るために使用される。半導体デバイス６の上側面に第２
の接点が設けられている。
【０００９】隆起部３上に例えば同様に帯状をしたスペ
ーサ７が取り付けられている。スペーサ７上にこれと材
料的に結合されたレンズ装置８が設けられている。レン
ズ装置８と凹所２の底との間隔は金属層５を加えた半導
体デバイス６の厚さより大きい。
【００１０】基板１はシリコンから成っている。これは
多結晶あるいは単結晶でも良い。基板１に対してシリコ
ンの代わりに適当な熱膨張係数をした他の材料を使用す
ることもできる。
【００１１】スペーサ７はガラスから成り、レンズ装置
８はシリコンあるいはガラスから成っている。半導体デ
バイス６とレンズ装置８との間にガラスから成るスペー
サが配置されていることが重要である。その部品の僅か
な熱伝導値は、半導体デバイス６から基板１に導出され
る熱がレンズ装置８に達することを阻止する。シリコン
から成る基板１はその良好な熱伝導率のために特にビー
ム発信半導体デバイスにおいて利用される。これはビー
ム発信半導体デバイスの場合に変換出力が一般にビーム
を受信する場合よりも大きいからである。ビーム受信器
の場合、基板１はガラスで、スペーサ７はシリコンで、
レンズ装置８はシリコンあるいはガラスで作られる。こ
れらのいずれの場合においても、ビームがシリコンを透
過する波長を有しているとき、レンズ装置にシリコンを
利用することが有利である。これは１．１μｍより大き
な波長の場合に当てはまる。
【００１２】基板１、スペーサ７およびレンズ装置８は
互いに接着剤および／又はろう９で結合される。シリコ
ン面とガラス面が互いに接触しているとき、これらは陽
極ボンドでも結合できる。この技術は既に知られてい
る。その場合互いに結合すべき部品は例えば４００°Ｃ
の温度のもとで押し合わされ、例えば−１０００Ｖの電
圧がガラスに印加される。この結合技術は再現性が非常
に良好であるので、基板１およびレンズ装置８がガラス
から成っている場合もスペーサ７をシリコンで作ること
が推奨される。スペーサ７とレンズ装置８をろう付け又
は接着する際、両方の部品の間にろう層あるいは接着剤
層が入れられる。ろう層は例えば蒸着することができ
る。
【００１３】ガラスとしてシリコンに類似した熱膨張係
数を有するものが利用される。このために例えばホウケ
イ酸ガラスが適しており、これは例えばコーニング（ C
orning）社の商品名「Pyrex 7740」あるいはショット
（ Schott ）社の商品名「Tempax」で市販されている。
【００１４】オプトエレクトロニクス変換器１１が小さ
な静電容量を有すべきときには、シリコン基板の代わり
にガラス基板を利用することが推奨される。しかし良好
に放熱する理由からシリコン基板が必要とされるとき、
このシリコン基板は薄く作られ、その背面にガラス板１
０が結合される（図２参照）。ガラス板１０はシリコン
基板１に陽極ボンド、ろうあるいは接着剤によって結合
される。
【００１５】図１および図２に示されている変換器１１
はベース１４と蓋１５を有するハウジングの中にはめ込
まれる（図５参照）。変換器１１は蓋１５に設けられた
窓１６に対して調整され、ベース１４に取り付けられて
いる。継手２０を介してハウジングに結合されている光
波導体（図示せず）が窓１６に突き当っている。半導体
デバイス６自体は金属層５および半導体デバイス６の上
側面に配置された接点を介して二つの接続端子２１、２
２に電気接続され、これらの接続端子２１、２２を介し
て作動電圧が導入されるか、電気信号が送り出される。
【００１６】図１および図２におけるオプトエレクトロ
ニクス変換器１１を多数同時に製造するために、まずガ
ラス基板あるいはシリコン基板１に複数の凹所２が設け
られる（図３参照）。これらの凹所２は半導体デバイス
を収容するために使用され、それに応じて幅が決められ
ている。それぞれ二つの凹所２の間に帯状隆起部３が残
されている。これらの隆起部３は好適には別の凹所１２
によって分割され、これによって最終的な隆起部３が生
じさせられる。凹所２、１２は例えばフォトリソグラフ
エッチング法あるいは鋸びき法によって作られる。鋸び
き法の際は互いに平行な隆起部３が生じさせられ、エッ
チング法の際は隆起部３は任意の形状例えば格子形状を
とることができる。
【００１７】次いで隆起部３上にシリコンあるいはガラ
スから成るプレート１７が置かれ、上述したように隆起
部３に陽極ボンド、接着剤あるいはろうによって結合さ
れる。それからプレート１７は隆起部３間に位置し基板
１に結合されていない部分が除去されるように鋸びき切
断される。そして隆起部３に結合されたスペーサ７が生
じる（図４参照）。続いて半導体デバイス６が凹所２の
中の所定のフレームに応じて取り付けられる。
【００１８】次の工程として多数のレンズ装置８を含む
シリコンあるいはガラスから成るプレート１８がスペー
サ７の上に置かれる。レンズ装置８は基板１上に取り付
けられた半導体デバイス６のフレームに相応したフレー
ムでプレート１８上に配置されている。レンズ装置８は
光学的に半導体デバイス６に整列され、続いてプレート
１８はスペーサ７に上述の陽極ボンドあるいはろう付け
によって結合される。これによって基板１、半導体デバ
イス６、スペーサ７およびプレート１８から成り多数の
半導体デバイスとレンズ装置とを持った複合体が生ず
る。この複合体は隆起部３間に位置する鋸切込み部１３
およびそれに対して直角の紙面に対して平行に位置する
他の鋸切込み部によって分離される。その際に生ずる各
ユニット１１が上述したようにハウジングの中にはめ込
まれる。
【００１９】ウェハを小さなチップに細分化する技術は
半導体技術において古くから知られており、上述の複合
体を細分化する際にも利用できる。すなわち複合体は鋸
びき、スクライブおよび破断によって分離される。この
場合普通は複合体を弾性接着フィルムに固定する。フィ
ルムは後続のすべての工程において担体として使用され
る。
【００２０】上述の方法を変更してまずフォトリソグラ
フあるいは機械的に凹所２および隆起部３を形成し、そ
れから上述したようにスペーサを設けることもできる。
多数のレンズ装置を備えたプレート１８の代わりに個々
のレンズ装置を光学的に半導体デバイスに整列してスペ
ーサ７に結合することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくオプトエレクトロニクス変換器
の実施例の概略断面図。
【図２】本発明に基づくオプトエレクトロニクス変換器
の異なる実施例の断面図。
【図３】本発明に基づくオプトエレクトロニクス変換器
の製造工程の説明図。
【図４】図３の製造工程に続く製造工程の説明図。
【図５】ハウジングの中に組み込まれたオプトエレクト
ロニクス変換器の概略断面図。
【符号の説明】
１ 基板 ２ 凹所 ３ 帯状隆起部 ５ 金属層 ６ 半導体デバイス ７ スペーサ ８ レンズ装置 １１ ユニット １３ 鋸切込み部 １４ ベース １５ 蓋 １７ プレート １８ プレート
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウエルナー シユペート ドイツ連邦共和国 83607 ホルツキル ヒエン ブルクスタラーシユトラーセ 10 (72)発明者 ウオルフガング グラマン ドイツ連邦共和国 93057 レーゲンス ブルク リーゼンゲビルクシユトラーセ 70 (72)発明者 ゲオルク ボーグナー ドイツ連邦共和国 93051 レーゲンス ブルク フランツウインチンガーヴエー ク ８ (72)発明者 ラルフ デイートリツヒ ドイツ連邦共和国 81543 ミユンヘン アギロルフインガープラツツ ５ (56)参考文献 特開 平６−67115（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−107141（ＪＰ，Ｕ)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビームを発信あるいは受信する半導体デ
    バイス（６）が取り付けられている基板（１）と、半導
    体デバイス（６）に光学的に整列されたレンズ装置
    （８）に対する基板に結合されたスペーサ（７）とを有
    し、基板（１）、スペーサ（７）およびレンズ装置
    （８）が熱膨張係数が少なくとも近似している材料から
    成っているオプトエレクトロニクス変換器において、半
    導体デバイス（６）とレンズ装置（８）との間にガラス
    から成るスペーサ（７）が配置され、このスペーサ
    （７）により半導体デバイス（６）から基板に導出され
    る熱がレンズ装置（８）に達するのを変換器の作動中に
    阻止するようにしたことを特徴とするオプトエレクトロ
    ニクス変換器。
  2. 【請求項２】 基板（１）およびレンズ装置（８）がシ
    リコンから、スペーサ（７）がガラスからそれぞれ成る
    ことを特徴とする請求項１記載の変換器。
  3. 【請求項３】 基板（１）が金属層（５）を備え、この
    金属層（５）上に半導体デバイス（６）が取り付けられ
    ていることを特徴とする請求項１または２記載の変換
    器。
  4. 【請求項４】 スペーサがシリコンから成る部品に陽極
    ボンドによって結合されていることを特徴とする請求項
    １ないし３のいずれか１つに記載の変換器。
  5. 【請求項５】 スペーサがシリコンから成る部品にろう
    付けあるいは接着されていることを特徴とする請求項１
    ないし３のいずれか１つに記載の変換器。
  6. 【請求項６】 半導体デバイス（６）が基板（１）の凹
    所（２）の中に置かれていることを特徴とする請求項１
    ないし５のいずれか１つに記載の変換器。
  7. 【請求項７】 基板（１）がシリコンから成り、その半
    導体デバイス（６）と反対側面がガラス板（１０）に結
    合されていることを特徴とする請求項１ないし６のいず
    れか１つに記載の変換器。
  8. 【請求項８】 ベース（１４）と窓（１６）を備えた蓋
    （１５）とを有するハウジングが設けられ、変換器（１
    １）が蓋（１６）に対して調節されてベース（１４）に
    取り付けられ、ハウジングが光導波体のための継手（２
    ０）を有することを特徴とする請求項１ないし７のいず
    れか１つに記載の変換器。
  9. 【請求項９】ａ） 基板（１）に半導体デバイス（６）
    を収容するための複数の凹所（２）が形成され、各凹所
    （２）の少なくとも片側に帯状隆起部（３）が設けら
    れ、 ｂ） 帯状隆起部（３）上に基板（１）と同じ大きさの
    プレート（１７）が置かれ、隆起部（３）に材料的に結
    合され、 ｃ） このプレート（１７）の隆起部（３）間の部分が
    除去されて、基板（１）に結合されたスペーサ（７）が
    生じさせられ、 ｄ） 凹所（２）の中に所定の網目クレームに応じて半
    導体デバイス（６）がはめ込まれて基板（１）に結合さ
    れ、 ｅ） 半導体デバイス（６）の数に相応した数のレンズ
    装置（８）が半導体デバイス（６）と同じフレームで配
    置されて設けられている別のプレート（１８）が担体上
    に置かれ、 ｆ） このプレート（１８）が担体に関して各レンズ装
    置（８）が各半導体デバイス（６）に整列されるように
    調整され、 ｇ） プレート（１８）が担体上に取り付けられ、 ｈ） 基板（１）、半導体デバイス（６）、スペーサ
    （７）およびプレート（１８）から成る複合体が第１の
    平行な切断部（１３）およびこれに対して直角な第２の
    切断部によって分割されて、それぞれ基板（１）、半導
    体デバイス（６）、スペーサ（７）およびレンズ装置
    （８）を含むユニット（１１）が生じさせられる、 ことを特徴とする請求項１記載のオプトエレクトロニク
    ス変換器の製造方法。
  10. 【請求項１０】 各ユニット（１１）が気密ハウジング
    （１４、１５）の中にはめ込まれることを特徴とする請
    求項９記載の方法。
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