JP3990113B2 - 光電子装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は光電子装置(半導体光モジュール)及びその製造方法に関し、特に、シリコンプラットフォームと呼称される支持基板の主面に半導体レーザチップ,受光素子及び光ファイバを搭載するとともに、これら各光学部品を透明のシリコーンゲル等の保護層で被う技術に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
情報処理装置用光源や光通信用光源として、半導体レーザ(半導体レーザチップ)を組み込んだ光電子装置が使用されている。
電子情報通信学会発行「1999年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエティ大会予稿集C−3−33」には、パッシブアライメント方式を採用したベルコア規格に準拠した表面実装型LDモジュールが開示されている。この表面実装型LDモジュールでは、ファイバをエポキシ系UV接着剤で固定し、光素子及び光結合部をSi系樹脂でポッティングしてある。また、同文献には、−40〜85℃での温度サイクル試験の光出力変動のデータ等が示されている。
また、シリコンプラットフォームを用いたパッシブアライメント実装については、電子情報通信学会発行「1996年電子情報通信学会総合大会予稿集SC−2−7」に記載されている。同文献には、LDモジュールの組み立てについて記載されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のシリコンプラットフォーム(支持基板)を用いた光電子装置(半導体光モジュール)の製造においては、シリコンプラットフォームの溝に這うように嵌め込んだ光ファイバの先端を、シリコンプラットフォームの表面に固定した半導体レーザチップとの光結合調整を行った後、シリコンプラットフォームに嵌め込んだ光ファイバを、熱硬化性樹脂(熱硬化性エポキシ樹脂)や紫外線硬化接着剤等の接着剤で固定している。
【0004】
本出願人にあっては、光ファイバをシリコンプラットフォームに短時間に固定する技術や光出力変動を低く抑える技術を検討している。
本出願人は、光ファイバをシリコンプラットフォームに短時間に固定する技術を既に提案している(特願平9−78602 平成9年3月28日出願)。この技術では、表面に溝を有するシリコンプラットフォーム(支持基板)を用意した後、前記溝の一端側の支持基板表面上に光電変換素子(半導体レーザチップ)を固定するとともに前記溝に光ファイバを這うように嵌め込み、その後、前記光電変換素子と前記光ファイバとの光の授受状態を調整するとともに前記光ファイバを前記支持基板に熱硬化性樹脂で固定する従来の方法において、前記光ファイバを前記支持基板に押さえ付けた状態で前記熱硬化性樹脂の硬化時間よりも固定処理時間が短い固定手段で仮固定を行った後、前記押さえ付けを解除して熱硬化性樹脂で光ファイバを本固定するものである。
【0005】
そして、例えば、一例としては、紫外線硬化接着剤を前記光ファイバ及び支持基板部分に塗布した後、前記紫外線硬化接着剤に紫外線を照射して硬化させて前記光ファイバを前記支持基板に仮固定し、その後、前記半導体レーザチップからの距離が前記仮固定位置よりも遠くなる光ファイバ部分を熱硬化性樹脂で覆う。
【0006】
この技術では、紫外線硬化接着剤によって仮固定が終了していることから、熱硬化性樹脂を塗布した後、熱硬化性樹脂が硬化する前でも支持基板等を動かすことができるため、短時間でファイバ組込装置から支持基板等を外すことができ、前記熱硬化性樹脂の硬化処理(本固定)はバッチ処理で行うことができる。このバッチ処理により、1支持基板当たりの光ファイバの固定時間の短縮が達成できる。また、光結合の信頼性も高い。
【0007】
一方、本出願人においては、この技術を採用するとともにパッケージコストの低減技術について検討した。そして、パッケージコストの低減化を図るために、パッケージを構成するパッケージ本体(ケース)と蓋体(キャップ)をプラスチック製とし、ケースとキャップは樹脂で接着する構造とすることにした。また、プラスチックはセラミックに比較して耐湿性が低いことから、ケース内に透明なシリコーンゲルを封入して支持基板上の半導体レーザチップ等を始めとする各部品の表面をシリコーンゲルで被い、耐湿性の向上を図ることを考えた。
【0008】
しかし、このシリコーンゲル封入構造では、光ファイバの固定強度の低下や固定の信頼性が低くなるとともに、耐湿性が低下することが本出願人によって明らかにされた。この原因は、シリコーンゲル内に発生する気泡にあることが判明した。
また、気泡の発生メカニズムについて実験検討した結果、最初に発生した気泡は、その後の温度サイクル、すなわち使用環境温度によって増大することもあることが判明した。
【0009】
そこで、本出願人は光ファイバの固定強度及び固定の信頼性が高い光電子装置の製造技術を提案している(特願平10−270339号、平成10年9月24日出願)。
以下は前記提案(特願平10−270339号)で説明したものであり、シリコーンゲル内で発生する気泡による問題点に係わるものである。
【0010】
図8はシリコンプラットフォーム(支持基板)1の溝2に光ファイバ3が紫外線硬化接着剤4による第一次固定(仮固定)と熱硬化性樹脂5による第二次固定(本固定)とで固定され、かつシリコンプラットフォーム1の上面側がシリコーンゲル6で被われた部分を模式的に示す図である。光ファイバ3はクラッド3bと、この中心に位置するコア3aとで形成されている。また、二点鎖線で示されるものは半導体レーザチップ7である。気泡10は図8に示すように、シリコンプラットフォーム1の溝2を形成する溝面と光ファイバとによって形成される囲まれた領域9内のシリコーンゲル中に発生し易い。
【0011】
気泡の存在はシリコンプラットフォーム1への光ファイバ3の固定強度の低下や固定の信頼性を低下させることになる。
また、気泡10の存在自体によって耐湿性が低下するとともに、水分が浸入した場合、気泡部分が核になり水分がトラップされ、水分が外部に逃げ難くなり耐湿性が低下する。光ファイバの先端延長側には半導体レーザチップ7や受光素子等が配置されるとともに、周囲には配線層やワイヤ等が存在するため、気泡10に水分がトラップされることは、前記各部の酸化や腐食のおそれもあり、光モジュールの耐湿性が低下する。
また、気泡部分に水分がトラップされた状態では、光モジュールが氷点下の温度に晒されるような場合前記水分が氷となり、この体積変化に起因するトラブルの発生も危惧される。
【0012】
実験では、図9及び図10に示すように、容器15の底に金属フレーム16を置き、その上に2本のガラス製のキャピラリ17(内径0.13mm)を平行にかつ接触するように並べ、かつ容器15内にシリコーンゲル6を充填し、両キャピラリ17を表面及び内部にわたり気泡を巻き込まぬようにしてシリコーンゲル6で被うようにした。その後、キュア処理条件(処理温度120℃,処理時間60分)のもとに前記容器15を置いた。
図9はキュア処理条件でシリコーンゲルが硬化した状態での気泡10の分布状態を示す模式図であり、図9(a)は平面図、図9(b)は断面図である。
【0013】
また、シリコーンゲルが硬化した後、温度サイクル等環境試験を行った。温度サイクル等環境試験は、▲1▼温度範囲;−40〜+85℃で1サイクル35分程度を40サイクル、▲2▼高温高湿度(85℃,相対湿度85%)136時間、▲3▼高温ベーク(120℃)30分、▲4▼低温放置(−55℃)1.5時間、をこの順に行う。
図10は温度サイクル等環境試験によってシリコーンゲル内に発生した気泡10の分布を示す模式図であり、図10(a)は平面図、図10(b)は断面図である。
図9及び図10における気泡10は写真を基にして描いたものであり、形状は実際のものと多少異なることがあってもその位置は正確である。
【0014】
図9に示すように、気泡10はキャピラリ17の内径部分に散在しているが、両端側には存在していない。これはキャピラリ17の両端側の内径部分では、シリコーンゲルがキャピラリ17の内外に亘って自由に移動できること(開かれた領域)によるものと考えられ、キャピラリ17の内部の内径部分では収縮による体積減少を補うためのシリコーンゲルの移動が不十分なため、空隙、すなわち気泡10が発生するものと考えられる。
【0015】
また図10に示すように、環境試験では変動する温度及び湿度に繰り返し晒されることから、シリコーンゲルの移動に伴い空隙が新たに発生して気泡10が多くなり、また、近在の空隙同士の一体化または分離によって気泡10の形状が変化するものと考えられる。120℃の高温では気泡の形状は大きくなり、位置も大きくずれ、一方、−55℃の低温では小さな気泡が多数発生した。
図10に示すように、図9では気泡10が存在しなかった領域、すなわち金属フレーム16と2本のキャピラリ17で囲まれる領域(囲まれた領域9)にも新たに気泡10が発生していることが分かる。
【0016】
一方、プラスチック製のケース内にシリコーンゲルを封入して支持基板1上の半導体レーザチップ7等を始めとする各部品の表面をシリコーンゲルで被った場合、図11に示すように、光ファイバ3の下の溝2内に充填されたシリコーンゲル6内に気泡10が発生する場合ばかりでなく、図12及び図13に示すように、光ファイバ3の先端面と半導体レーザチップ7との間に気泡10が発生する場合があることが判明した。
【0017】
これは、光ファイバ3の先端面と半導体レーザチップ7の前方出射面との間隔が40〜50μm以下と狭いことから、この部分が開かれた領域と作用せず、特に繰り返して熱を受ける場合に発生し易いと思われる。すなわち、組み立てを行いシリコーンゲル6を充填し、かつシリコーンゲル6の硬化処理を行った初期の状態では、光ファイバ3の先端面と半導体レーザチップ7の前方出射面との間での気泡10の発生は見られなかったが、熱サイクル試験後には光ファイバ3の先端面と半導体レーザチップ7の前方出射面との間に気泡10が発生する現象があるものがたまに発生していた。
【0018】
光ファイバ3の先端面と半導体レーザチップ7との間に気泡10が発生した場合で、半導体レーザチップ7の出射面から出射されたレーザ光11の光路に気泡10が掛かった状態(図12,図13参照)では、前記気泡10がレンズとして作用するため、半導体レーザチップ7から出射されたレーザ光11の方向が変化(ケラレ)し、光ファイバ3との間で光結合がなされない場合や、光結合効率が低下する。光ファイバ3のコア3aが10μm直径前後と細いシングルモードファイバの場合、光結合がなされない場合が多い。なお、図11乃至図13における19は半導体レーザチップ7の後方の出射面から出射されるレーザ光11を受光する受光素子19である。また、図13では、支持基板1の上面全域にシリコーンゲル6が存在しているものである。
【0019】
ところで、半導体レーザチップ7の後方から出射されるレーザ光11を受光(モニター)する受光素子19のモニター電流Isを分析検討した結果、製品によっては、図14に示すように、Isトラッキング特性がヒステリシスを持つ特性を示すことが分かった。同グラフは、横軸に温度をとり、縦軸に出力の相対値(ΔPf)をとった。ここで、ΔPfはt℃のときのPf値から25℃のときのPf値を差し引き、その値を25℃のときのPf値で減算した値である。
【0020】
同グラフに示すように、(1)25℃から−40℃まで順次温度を下げ、(2)−40℃から85℃まで順次温度を上げ、(3)85℃から−40℃まで順次温度を下げてΔPfを求める。本来ならば、(1),(2),(3)の場合も略同程度のΔPfとなる筈であるが、一部の製品においては、図14に示すように、前記(1)の後、前記(2)ではΔPfが一足飛びに高くなり、50℃程度で低い数値に戻るヒステリシスループを描くことが判明した。
【0021】
この点について分析検討した結果、本発明者等は半導体レーザチップ7の後方出射面と受光素子19の受光面との間に気泡10が存在し、この気泡10の存在によってΔPfが変動し、場合によってはIsトラッキング特性がヒステリシスとなるという事実を知見した。
【0022】
図15は、支持基板1と、この支持基板1の主面に固定された半導体レーザチップ(LD)7,受光素子(PD)19,光ファイバ3と、支持基板1の主面側を被うシリコーンゲル6を示す模式図である。この図に示すように、半導体レーザチップ7の後方出射面側に気泡10が発生している。この気泡10が半導体レーザチップ7の後方出射面から出射されたレーザ光11の光路に掛かった状態では、前記気泡10がレンズとして作用するため、半導体レーザチップ7から出射されたレーザ光11の方向が変化(ケラレ)し、モニター電流Isが変動することになる。
【0023】
図15に示すように、本出願人においては、半導体レーザチップ7は半導体レーザチップ7を支持基板1に固定する接着層41の端が光を出射する出射面43よりも内側に引っ込む構造を採用している。これは接着層41の端が出射面43側に食み出して盛り上がった場合、この食み出し部分が光路中に突出して伝送される光の量を低下させたり、あるいは遮って全く伝送させなくすることを防止するためである。
【0024】
前記接着層41,42は、支持基板1の主面に半田をメタライズすることによって形成される。そして、これら接着層41,42上に半導体レーザチップ7及び受光素子19をそれぞれの下部電極45,46が重なるように重ねた後、前記接着層41,42を加熱溶融して半導体レーザチップ7及び受光素子19を固定する。下部電極45,46の長さは半導体レーザチップ7や受光素子19の下部電極45,46の長さよりも僅かに長くなり、確実に下部電極45,46を支持基板1に固定するようになっている。従って、下部電極45,46の端は接着層41,42の端よりもさらに内側に引っ込む場合もある。
【0025】
出射面43や受光面44からの下部電極45,46の引っ込み長さは、特に限定はされるものではないが、例えば、半導体レーザチップ7形成時の劈開位置のばらつきに起因する半導体レーザチップ7の長さのばらつきを考慮して10〜40μmとなっている。
【0026】
また、シリコンプラットフォーム1の主面から半導体レーザチップ7の下部電極45から外れた面までの距離は、特に限定されるものではないが、ストライプ部(発光部)が僅かに突出する構造であることを考慮して、例えば4〜7μmになっている。
そして、この下部電極45や接着層41の引っ込みによって形成された囲まれた領域9において、シリコーンゲル6が硬化収縮するとき、シリコーンゲルが自由に移動できないことから気泡10が発生する場合がある。
【0027】
図15では、気泡10の発生状態を半導体レーザチップ7の後方出射面側に示したが、受光素子19の受光面側でも発生する可能性がある。
なお、半導体レーザチップ7の光ファイバ3の先端面に対峙する前記出射面側では、支持基板1の主面は深く窪んでいることから気泡10の発生は抑止できる。
【0028】
前記気泡10は温度サイクル試験で移動し、半導体レーザチップ7と受光素子19との間の光路中に突出し、受光素子19のモニター電流Isの変動を起こすことがある。
そこで、本発明者は、半導体レーザチップ7と受光素子19との間において、気泡が発生し難い支持基板の構造を検討する結果本発明をなした。
【0029】
本発明の目的は、半導体レーザチップから受光素子に至る光の透過(通過)を阻害しない安定した光出力のモニターが行える光電子装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、安定した光出力と安定した光出力モニターが行える光電子装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0030】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【0031】
(1)支持基板(シリコンプラットフォーム)の主面に、半導体レーザチップ(発光部品)及び前記半導体レーザチップの前方出射面から出射される前方レーザ光を先端面から取り込む光ファイバ(受光部品)と、前記半導体レーザチップの後方出射面から出射される後方レーザ光を受光する受光素子(受光部品)を固定するとともに、これら各光学部品及び各光学部品間の光路を含む部分をシリコーンゲルで被ってなる光電子装置であって、前記光ファイバの先端と前記半導体レーザチップとの間、及び前記受光素子と前記半導体レーザチップとの間の支持基板の主面部分はシリコーンゲル硬化時に気泡が発生しないように窪んだ構造にしてある。前記半導体レーザチップと前記光ファイバ間の前記窪みの半導体レーザチップ(発光部品)寄りの縁が前記半導体レーザチップの端面(前方出射面)よりも半導体レーザチップ側にあり、前記半導体レーザチップ(発光部品)と前記受光素子(受光部品)との間の窪みの半導体レーザチップ寄りの縁が前記半導体レーザチップの端面(後方出射面)よりも半導体レーザチップ側にある。
【0032】
また、半導体レーザチップ及び受光素子を支持基板に固定する接着部分の端は、出射面や受光面よりも内側に引っ込み、接着層の端の食み出しによる光伝送に不具合を起こさない構造になっている。また、前記発光部品と前記受光素子との間の窪みにおいて、前記光路に直交する方向に延在する窪みの縁の長さは、これと対向する前記発光部品の幅よりも小さくなっている。
このような光電子装置は以下の方法で製造される。
【0033】
ケースと、このケースを塞ぐキャップと、前記ケース内に取り付けられる支持基板と、前記支持基板の主面に固定され端面から光を出射する発光部品と、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を受光する受光部品と、前記ケースに充填され前記発光部品と前記受光部品との間の光路を含み前記発光部品及び前記受光部品を被う透明な樹脂からなる保護層とを有し、前記発光部品と前記受光部品との間の前記支持基板主面には窪みがあり、前記窪みの発光部品寄りの縁が前記発光部品の端面よりも発光部品側にある光電子装置の製造方法であって、前記支持基板に前記発光部品及び受光部品を搭載する工程と、前記支持基板を前記ケースに取り付ける工程と、前記発光部品及び前記受光部品並びに前記支持基板の所定部分間を導電性のワイヤで接続する工程と、前記ケース内に前記透明な樹脂を充填する工程と、前記ケース全体を所定の真空度の雰囲気で所定時間放置して前記透明な樹脂内の気泡を脱泡処理する工程と、前記ケース全体を所定の加熱温度の雰囲気で所定時間放置して前記透明な樹脂を硬化させて前記透明な樹脂からなる保護層を形成する工程と、前記ケースにキャップを取り付ける工程とを有することを特徴とする。
【0034】
前記支持基板に前記発光部品を固定する接着層の端が前記発光部品の光を出射する出射面よりも内側に引っ込むように固定するとともに、前記支持基板に前記受光部品を固定する接着層の端が前記受光部品の光を受ける受光面よりも内側に引っ込むように固定する。
【0035】
発光部品として半導体レーザチップを前記支持基板に固定し、前記受光部品として前記半導体レーザチップの後方出射面から出射するレーザ光を受光するように受光素子を前記支持基板に固定し、前記受光部品として前記半導体レーザチップの前方出射面から出射するレーザ光を取り込むように光ファイバを前記支持基板に固定し、前記ケースとして前記光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケースとし、前記透明な樹脂を前記支持基板,前記半導体レーザチップ,前記受光素子及び前記光ファイバの先端側を被うように前記ケース内に充填し、脱泡処理を行い、前記透明な樹脂を熱硬化処理して透明な保護層を形成し、前記ケースの開口部を塞ぐようにプラスチック製のキャップを前記ケースに取り付ける。前記保護層を形成する透明な樹脂として、シリコーンゲル,シリコーンゴム,低応力エポキシ樹脂,アクリル樹脂,ウレタン樹脂のいずれか一つを前記ケース内に充填する。
【0036】
前記(1)の手段によれば、(a)半導体レーザチップと受光素子との間の支持基板の主面部分には窪みが設けられて開かれた領域となるとともに、この窪みの半導体レーザチップ寄りの縁が半導体レーザチップの端面(後方出射面)よりも半導体レーザチップ側にあることによって、開かれた領域に近接した半導体レーザチップの固定部分で発生したシリコーンゲル中の気泡はより効果的に脱泡されることになり、半導体レーザチップと受光素子の光の授受に支障を来さなくなる。従って、受光素子のモニター電流Isの変動が起き難くなり、安定したレーザ光強度モニターが達成できる。
【0037】
(b)半導体レーザチップと光ファイバの先端との間の支持基板の主面部分にも窪みが設けられて開かれた領域になるとともに、この窪みの半導体レーザチップ寄りの縁が半導体レーザチップの端面(前方出射面)よりも半導体レーザチップ側にあることによって、開かれた領域に近接した半導体レーザチップの固定部分で発生したシリコーンゲル中の気泡はより効果的に脱泡されることになり、光ファイバと半導体レーザチップの光の授受に支障を来さなくなる。また、光ファイバの先端側も前記窪みによって開かれた領域となるため、光ファイバの先端の光路中に気泡(ボイド)が位置することもなくなる。従って、半導体レーザチップの前記出射面から出射されるレーザ光が効率的に光ファイバに取り込めるようになり、安定した光通信が可能になる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0039】
(実施形態1)
図1乃至図6は本発明の一実施形態(実施形態1)である光電子装置に係わる図である。図1は半導体レーザチップ,受光素子及び光ファイバの一部を示す支持基板部分の断面図、図2は光電子装置の外観を示す斜視図、図3は光ファイバの延在方向に沿う断面図、図4はキャップ及び保護層としてのシリコーンゲルを取り除いた状態での平面図、図5は支持基板部分の模式的拡大平面図である。
【0040】
本実施形態1の光電子装置(半導体光モジュール)20は、図2に示すように、外観的にはケース21と、このケース21上に固定されたキャップ22とでパッケージ(封止体)23が形成されている。ケース21及びキャップ22はともに矩形状の本体部21a,22aと、この本体部21a,22aの一端中央から長細く突出するガイド部21b,22bとからなっている。
【0041】
前記ガイド部21b,22bには、光ファイバケーブル25が案内され、ガイド部21b,22bの先端から光ファイバケーブル25が突出している。
ケース21の両側からは複数のリード27が突出している。本実施形態1ではこれらのリード27はデュアルインライン型に成形されている。
【0042】
図3及び図4に示すように、ケース21の内底には金属板からなるベース板30が設けられている。また、ベース板30の周囲には、リード27の内端がそれぞれ位置している。ベース板30及びリード27はケース21の成形時にケース21に組み込まれる。
【0043】
前記ケース21のガイド部21bには光ファイバケーブル25が案内されている。この光ファイバケーブル25の光ファイバ軸の延長線上の前記ベース板30上にはシリコンプラットフォーム(シリコン単結晶からなる支持基板)1が接合材29(図4参照)、例えば銀ペーストによって固定されている。
【0044】
光ファイバケーブル25は保護チューブとしてのジャケット(ファイバジャケット)で被われている。ケース21のガイド部21bの途中まではこのファイバジャケットが存在するが、その先端側はファイバジャケットが剥がされ、コア3aとクラッド3b(図1参照)とからなる光ファイバ3が露出されている。この光ファイバ3部分は、図5に示すように、前記シリコンプラットフォーム1に設けられている溝2に這うように嵌め込まれている。そして、その延長上のシリコンプラットフォーム1上には、光電変換素子としての半導体レーザチップ(LD)7と受光素子(ホトダイオード:PD)19が直列に並んで固定される構造になっている。また、光ファイバ3はガイド部21bの内端部分に熱硬化性樹脂による接着剤36によって固定されている。
【0045】
前記半導体レーザチップ7の前方出射面から出射したレーザ光は光ファイバ3の先端面から光ファイバ内に取り込まれ、後方出射面から出射したレーザ光は受光素子19によってその光出力強度をモニタするようになっている。本実施形態1における発光部品は半導体レーザチップ7であり、受光部品は受光素子19及び光ファイバ3である。
【0046】
シリコンプラットフォーム1の一面には、図5に示すように、パターン化された導電性のメタライズ層31が設けられている。このメタライズ層は前記半導体レーザチップ7や受光素子19を搭載する搭載部や導電性のワイヤを接続するボンディングパッドを構成している。そして、前記搭載部上に半導体レーザチップ7及び受光素子19をその下部電極45,46が接触するように重ねた後、前記搭載部を加熱溶融させて接着層41,42とし、前記下部電極45,46をシリコンプラットフォーム1に固定する(図1参照)。
【0047】
半導体レーザチップ7の固定構造において、半導体レーザチップ7を支持基板1に固定する接着層41の端が光を出射する出射面43よりも内側に引っ込む構造を採用している。これは接着層41の端が出射面43側に食み出して盛り上がった場合、この食み出し部分が光路中に突出して伝送される光の量を低下させたり、あるいは遮って全く伝送させなくすることを防止するためである。
【0048】
例えば、半導体レーザチップ7における下部電極45及び接着層41の端から半導体レーザチップ7の出射面43までの距離aは、半導体レーザチップ7を劈開によって形成する際の劈開位置のバラツキによる長さを考慮して、例えば10〜40μm程度となる。また、半導体レーザチップ7の光導波路に対応するストライプ部分に凹凸がある半導体レーザチップ7の場合は、その凹凸を考慮して、半導体レーザチップ7の下面とシリコンプラットフォーム1の主面との間隔bは、例えば4〜7μmとなる。
また、半導体レーザチップ7及び受光素子31はともに電極が上面と下面に設けられていることから、下部電極45,46はそれぞれ所定のメタライズ層31に電気的に接続されることになる。
【0049】
前記搭載部に連なるメタライズ層の一部と前記所定のリード27の内端部分は、図5及び図4に示すように導電性のワイヤ32で接続されている。また、半導体レーザチップ7及び受光素子31の上面電極は導電性のワイヤ32を介してそれぞれ独立したメタライズ層に固定されるとともに、このメタライズ層の一部はワイヤ32を介して前記所定のリード27の内端部分に電気的に接続されている。
【0050】
また、シリコンプラットフォーム1の一面に設けられた溝2に交差して排出溝33が設けられている(図5参照)。光ファイバ3はこの排出溝33を通り越した状態になるが、通り越して突出する長さは極めて短い。例えば、その突出長さは100μm程度である。また光ファイバ3の直径は、例えば125μm程度である。
【0051】
光ファイバ3は前記排出溝33の近傍に、図5に示すように、第一次固定部34と第二次固定部35の二種類の接着剤による固定によってシリコンプラットフォーム1に固定されている。第一次固定部34は紫外線硬化接着剤によるものであり、第二次固定部35は熱硬化性樹脂によるものである。
【0052】
前記第一次固定部34は、図5に示すように光ファイバ3の光軸に沿って細長く形成される。溝2に光ファイバ3を這うように挿入しかつ位置決めした後、紫外線硬化接着剤を塗布し、その後紫外線を照射して紫外線硬化接着剤を硬化させて第一次固定(仮固定)を行う。この第一次固定で光ファイバ3は確実にシリコンプラットフォーム1に固定される。従って、その後に本固定である第二次固定を行う。この第二次固定は、第一次固定部34によって固定された光ファイバ部分の半導体レーザチップ7から遠い部分に熱硬化性樹脂を塗布し、その後熱硬化させることにより行われる。この第二次固定処理はバッチ処理が可能であり、生産性を高めることができる。
【0053】
前記第一次固定処理及び第二次固定処理において、目安として前記排出溝33を越えないように紫外線硬化接着剤や熱硬化性樹脂等の接着剤の塗布を行う。また、排出溝33内に入った接着剤は排出溝33を通ってシリコンプラットフォーム1の側部に案内されるため、光ファイバ3の先端面と半導体レーザチップ7の出射面との間に接着剤が入り込むことがなく光の授受を阻害しない。
【0054】
一方、これが本発明の特徴の一つであるが、図1及び図3に示すように、発光部品である半導体レーザチップ7と受光部品である受光素子19との間、及び半導体レーザチップ7と受光部品である光ファイバ3との間の領域に対応するシリコンプラットフォーム1の主面部分は窪み37,38が設けられている。
【0055】
半導体レーザチップ7と受光素子19との間のシリコンプラットフォーム1の主面に設けた窪み37において、窪み37の半導体レーザチップ(発光部品)7寄りの縁37aが前記半導体レーザチップ7の端面(出射面43)よりも半導体レーザチップ側(発光部品側)に位置している。即ち、縁37aは半導体レーザチップ7の下に位置し、半導体レーザチップ7の端面(出射面43)は窪み37の縁37aを越えて窪み37内に突出している。従って、接着層41の端側は開かれた領域になる。この例では、図1に示すように、接着層41の端は縁37aの位置が一致した状態となっている。
【0056】
また、光ファイバ3と半導体レーザチップ7との間に設けられる窪み38の半導体レーザチップ7に寄る縁38aも半導体レーザチップ7の出射面43よりも内側に位置して半導体レーザチップ7の下に位置する。これにより、半導体レーザチップ7の光ファイバ側も開かれた領域(開口空間)になる。窪み38は溝2の延長部分で形成されている。
なお、これらの窪み37,38は光ファイバ3を固定するための溝2と同時にエッチングで形成されるため、工程を増やすものではない。
【0057】
また、ケース21内には前記光ファイバ3で伝送される光に対して透明でありかつ耐湿性の保護体(保護膜)である保護膜(シリコーンゲル)6が充填され(図1及び図3参照)、ベース板30,シリコンプラットフォーム1,光ファイバ3,半導体レーザチップ7,受光素子19等はシリコーンゲル6で被われ、耐湿性向上が図られている。なお、保護膜6は、シリコーンゲルに限らずシリコーンゴム,低応力エポキシ樹脂,アクリル樹脂,ウレタン樹脂等他のものであっても良い。
【0058】
前記窪み37,38の存在によって、半導体レーザチップ7と受光素子19との間、及び半導体レーザチップ7と光ファイバ3との間の領域は開かれた領域になるため、前記シリコーンゲル6のケース21内への注入とその後の加熱による熱硬化処理時、前記窪み37,38部分で気泡が発生し難くなる。この結果、気泡の存在に起因する半導体レーザチップ7と光ファイバ3との間の光の授受状態は良好になるとともに、受光素子19の半導体レーザチップ7の後方出射面から出射されるレーザ光11を安定して受光することができる。
【0059】
シリコーンゲル6の注入(充填)の後、ケース21全体は所定の真空度に所定時間入れられ、脱泡処理がなされる。例えば、ケース21は真空度60toorの雰囲気で4〜5分程度放置されて脱泡処理が行われる。この脱泡処理では、シリコーンゲル6中に発生した気泡(ボイド)がその真空力によってシリコーンゲル6内を移動し、シリコーンゲル6の表面から順次抜けていく。半導体レーザチップ7の接着層41による接続部分の端には小さな隙間が存在するが、この隙間は前述のように窪み37が存在することから開かれた領域になるため、半導体レーザチップ7の接着層41による接続部分の端に発生した気泡も接続部分の端の小さな隙間に捕獲されることなく、開かれた領域に容易に移動するため、シリコーンゲル6の表面から脱泡されることになる。
【0060】
また、シリコーンゲル6内の気泡は真空による脱泡処理に対して移動し易いが、半導体レーザチップ7の下面に付着する状態の気泡は移動し難い。しかし、本実施形態1では、接着層41の端、即ち窪み37の縁37aからaと半導体レーザチップ7の端が長く突出しているため、前記脱泡処理時に半導体レーザチップ7の下面に沿って移動する気泡は、先端側のものは容易に開かれた領域に移動してシリコーンゲル6の表面から脱泡され、奥に位置していた気泡は半導体レーザチップ7の下面の途中で停止する状態となることから、半導体レーザチップ7のレーザ光11を阻止する気泡として作用しなくなる。
【0061】
シリコーンゲル6の熱硬化処理時、シリコーンゲル6の熱硬化収縮が起きて、半導体レーザチップ7の接着層41による接続部分の端の小さな隙間部分に熱硬化収縮による隙間が発生しようとしても、開かれた領域が存在するため、多量のシリコーンゲルがその隙間を埋めるように移動するため、熱硬化収縮による隙間も発生し難くなる。
【0062】
図6は本実施形態1の光電子装置20におけるIsトラッキング特性を示すグラフである。同グラフは、横軸に温度をとり、縦軸に出力の相対値(ΔPf)をとったものである。ここで、ΔPfはt℃のときのPf値から25℃のときのPf値を差し引き、その値を25℃のときのPf値で減算した値である。
同グラフに示すように、(1)25℃から−40℃まで順次温度を下げ、(2)−40℃から85℃まで順次温度を上げ、(3)85℃から−40℃まで順次温度を下げてΔPfを求める。
同グラフからも分かるように、図14のグラフのようにヒステリシスループを描くことなく、本実施形態1の光電子装置20は温度変化に対してΔPfは常に略一定の値域にあり、安定してレーザ光をモニターすることができる。
他方、前記ケース21にはキャップ22が接着剤によって固定される。この接着剤は、前記光ファイバケーブル25をガイド部21b,22bに固定する熱硬化性樹脂が用いられる。
【0063】
図16及び図17は本実施形態1の変形例であり、半導体レーザチップ7の下部電極45を半導体レーザチップ7の裏面全域に形成した例である。図16は光電子装置のレーザチップ,窪み,受光素子の位置関係を示す模式的平面拡大図、図17は光電子装置のレーザチップ後方出射端の模式的拡大断面図である。
【0064】
この例でも、半導体レーザチップ7と窪み37は図1と同様な位置関係にある。即ち、半導体レーザチップ7と受光素子19との間のシリコンプラットフォーム1の主面部分に窪み37が設けられている。そして、窪み37の半導体レーザチップ7寄りの窪み37の縁37aが半導体レーザチップ7の端面(出射面43)よりも半導体レーザチップ側に位置している。換言するならば、縁37aは半導体レーザチップ7の下に位置し、半導体レーザチップ7の端面(出射面43)は窪み37の縁37aを越えて窪み37内に突出している。
【0065】
窪み37は接着層41の端より設けられるのが望ましいが、図17に示すように、dが5μm程度の場合、eが15μm以下であれば気泡が発生しないことが確認されている。即ち、この例では、下部電極45が半導体レーザチップ7の全長に亘って設けられていることから、半導体レーザチップ7の窪み37に臨む端でのシリコンプラットフォーム1の主面との間隔は、接着層41の厚さのみとなることから、背が低く深い隙間が形成されてしまう。しかし、近接して窪み37による開かれた領域(空間)が存在することから、脱泡処理は有効に作用し、シリコーンゲル6内に気泡が残留し難くなる。
【0066】
次に、半導体光モジュール20の製造方法について、図18のフローチャートを参照しながら説明する。半導体光モジュール20は、図18のフローチャートで示すように、部品搭載(支持基板にLD及びPD搭載:ステップ101〔S101〕)、ケースに支持基板固定(S102)、ワイヤボンディング(S103)、光ファイバを支持基板及びケースに固定(S104)、ケース内にシリコーンゲルを充填(S105)、真空脱泡処理(S106)、ゲル硬化収縮処理(S107)、ケース21にキャップを取り付け(S108)の各工程を経て製造される。
【0067】
最初に、光ファイバ3をガイドするガイド付きのプラスチック製のケース21及び前記ケース21を塞ぐように取り付けられるプラスチック製のキャップ22ならびに一面に半導体レーザチップ7や受光素子19を搭載しかつ半導体レーザチップ7に向かって延在する光ファイバ3を案内する溝2を有するシリコンプラットフォーム1とを用意する。
【0068】
前記シリコンプラットフォーム1は、その主面に、半導体レーザチップを固定(搭載)する領域と、受光素子を固定(搭載)する領域との間、及び半導体レーザチップを固定する領域と光ファイバが配置される領域との間には、前述のように窪み37,38が設けられている。
【0069】
シリコンプラットフォーム1はその一面(主面)に所定パターンのメタライズ層31が設けられ、一部は搭載部やワイヤを接続するボンディングパッド部になっている。また、シリコンプラットフォーム1の主面に設けられた溝2に交差して排出溝33が設けられている。この排出溝33は光ファイバ3を固定する際流入する接着剤を外部に案内して、接着剤が半導体レーザチップ7側に流れないようにする役割を果たす。
前記ケース21,キャップ22は前述のような構造になっている。
【0070】
つぎに、シリコンプラットフォーム1のそれぞれ所定の搭載部に、半導体レーザチップ(LD)7や受光素子(PD)19を固定する(S101)。半導体レーザチップ7及び受光素子19はともに電極が上面と下面に設けられていることから、この接合構造によって下面の電極(下部電極45,46)はそれぞれ搭載部と電気的に接続されることになる。
【0071】
つぎに、ケース21内のベース板30に接合材29、例えば銀ペーストによって前記シリコンプラットフォーム1を固定する(S102)。
【0072】
つぎに、ワイヤボンディングを行う(S103)。即ち、半導体レーザチップ7及び受光素子19の上面電極と所定のメタライズ層31をワイヤ32で電気的に接続する。また、所定のメタライズ層31と、ケース21に取り付けられているリード27の内端部分をワイヤ32によって電気的に接続する(図4及び図5参照)。
【0073】
つぎに、光ファイバ3をシリコンプラットフォーム1及びケース21に固定する(S104)。光ファイバ3の固定の前に光ファイバケーブル25の固定を行う。
【0074】
即ち、先端を所定長さに亘ってジャケット部分を剥がして光ファイバ3を露出させた光ファイバケーブル25をガイド部21bに挿入し、かつ半導体レーザチップ7を動作させてレーザ光を出射させ、この出射光を光ファイバ3の先端から光ファイバ3内に取り込み、かつ光出力を検出しながら光結合調整を行い、光結合調整が終了した時点でガイド部21bの内端部分に熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)を塗布して接着を行う。この結果、光ファイバ3はガイド部21bの内端部分に熱硬化性樹脂による接着剤36によって固定される。なお、ガイド部21bの内端部分に光ファイバ3を固定する場合、レーザ光を出射させない周知のパッシブアライメントで行っても構わない。
【0075】
つぎに、紫外線硬化接着剤を溝2に部分的に塗布し、光ファイバ3の第一次固定を行う。即ち、シリコンプラットフォーム1の溝2上に紫外線硬化接着剤を塗布した後、光ファイバ3を紫外線硬化接着剤に押し付けるようにして溝2の底に押し付ける。また、半導体レーザチップ7を動作させてレーザ光を出射させ、この出射光を光ファイバ3の先端面から光ファイバ3内に取り込み、かつ光出力を検出しながら光結合調整を行う。
【0076】
つぎに、前記紫外線硬化接着剤に紫外線照射ファイバ等を使用して紫外線を照射させ、紫外線硬化接着剤を硬化させる。この硬化した紫外線硬化接着剤によって第一次固定部34が形成される。この第一次固定部34の内端部分は排出溝33に臨み、溝2に沿って比較的長く延在している。この第一次固定の後は、シリコンプラットフォーム1を持って移動させても、光ファイバ3は溝2から外れることがなく、半導体レーザチップ7と光ファイバ3の光軸合わせ状態は変化しなくなる。
【0077】
つぎに、前記排出溝33から遠ざかる前記第一次固定部34上の光ファイバ3上に熱硬化性樹脂を塗布し、かつ熱硬化処理して熱硬化性樹脂による第二次固定部35を形成する。第二次固定部35は光ファイバ3を横切って被う構造となり、光ファイバ3を強固にシリコンプラットフォーム1に固定することになる(図5参照)。
【0078】
この結果、光ファイバ3は前記排出溝33の近傍に、第一次固定部34と第二次固定部35の二種類の接着剤による固定によってシリコンプラットフォーム1に固定されることになる。第二次固定は、第一次固定後の処理であることからバッチ処理が可能になる。バッチ処理は生産性の向上が図れる。
【0079】
つぎに、ケース21内にシリコーンゲル6を充填してシリコンプラットフォーム1,光ファイバ3,半導体レーザチップ7,受光素子19等を被う(S105)。このシリコーンゲル6の充填は耐湿性向上を図るために行うものである。
【0080】
つぎに、シリコーンゲル6内の気泡(ボイド)を除去するため脱泡処理が行われる(S106)。即ち、シリコーンゲル6の注入(充填)の後、ケース21全体は所定の真空度に所定時間入れられ、脱泡処理がなされる。例えば、ケース21は真空度60toorの雰囲気で4〜5分程度放置されて脱泡処理が行われる。
【0081】
この脱泡処理では、シリコーンゲル6中に発生した気泡(ボイド)がその真空力によってシリコーンゲル6内を移動し、シリコーンゲル6の表面から順次抜けていく。半導体レーザチップ7の接着層41による接続部分の端には小さな隙間が存在するが、この隙間は前述のように窪み37が存在することから開かれた領域(開放空間)になるため、半導体レーザチップ7の接着層41による接続部分の端に発生した気泡も接続部分の端の小さな隙間に捕獲されることなく、開かれた領域に容易に移動するため、シリコーンゲル6の表面から脱泡されることになる。
【0082】
また、シリコーンゲル6内の気泡は真空による脱泡処理に対して移動し易いが、半導体レーザチップ7の下面に付着する状態の気泡は移動し難い。しかし、本実施形態1では、接着層41の端、即ち窪み37の縁37aからaと半導体レーザチップ7の端が長く突出しているため、前記脱泡処理時に半導体レーザチップ7の下面に沿って移動する気泡は、先端側のものは容易に開かれた領域に移動してシリコーンゲル6の表面から脱泡され、奥に位置していた気泡は半導体レーザチップ7の下面の途中で停止する状態となることから、半導体レーザチップ7のレーザ光11を阻止する気泡として作用しなくなる。
【0083】
従って、脱泡処理を行うことによって、光路中に気泡が位置することもなく、気泡に起因する半導体レーザチップ7と光ファイバ3の光結合効率の低下及び半導体レーザチップ7と受光素子19との光結合効率の低下が起きなくなる。この結果、受光素子19による安定したレーザ光強度モニターが達成できる。
【0084】
つぎに、ゲル硬化収縮処理が行われる(S107)。ゲル硬化収縮処理では、ケース21全体は所定の炉に入れられて所定の温度で所定時間加熱され熱硬化処理が施される。例えば、ケース21は約120℃の雰囲気で約30分加熱処理される。この熱硬化処理で、粘度が40〜60P(ポアズ)となリ、熱膨張係数が3.1×10-4/°Cとなるシリコーンゲル6は硬化する。
【0085】
このシリコーンゲル6の熱硬化処理時、シリコーンゲル6の熱硬化収縮が起きて、半導体レーザチップ7の接着層41による接続部分の端の小さな隙間部分に熱硬化収縮による隙間が発生しようとしても、窪み37による開かれた領域が存在するため、多量のシリコーンゲルがその隙間を埋めるように移動するため、熱硬化収縮による隙間も発生し難くなる。従って、光路中に気泡が位置することもなく、気泡に起因する半導体レーザチップ7と光ファイバ3の光結合効率の低下が起きなくなるとともに、受光素子19による安定したレーザ光強度モニターが達成できる。
【0086】
つぎに、ケース21にキャップ22を接着剤で接着しかつ接着剤をベークしてケース21にキャップ22を固定する(S108)。この場合、ケース21及びキャップ22のガイド部21b,22bに接着剤となる熱硬化性樹脂36を充填し、この熱硬化性樹脂36を硬化させることによってケース21とキャップ22の固定がなされる。
また、特に詳細には説明しないが、光ファイバ3は所定箇所に他の接合材を用いて固定するようにしてもよい。
【0087】
このような製法によって製造された光電子装置は、光路中に気泡が位置することもなく、気泡に起因する半導体レーザチップ7と光ファイバ3の光結合効率の低下が起きなくなるとともに、受光素子19による安定したレーザ光強度モニターが達成できる。
【0088】
また、気泡に起因する光ファイバ3の固定強度や固定の信頼性の低下を引き起こすことがないとともに、気泡に起因する耐湿性の低下、気泡にトラップされた水分の結氷化等の不具合の発生を防止することができる。すなわち、光ファイバ3に沿って外部から水分が浸入して来ても、第一次固定部34及び第二次固定部35では水分の浸入は阻止されるとともに、シリコーンゲル内の気泡のような水分をトラップする核が存在しないため水分のトラップも発生しなくなり、耐湿性の向上が図れるとともに、低温使用時の水分の結氷化のおそれもなくなる。
【0089】
図7は本実施形態1の光電子装置を使用した光通信システムを示す模式図である。光通信システムは、基本的には送信機50と受信機51を光ファイバ3(光ファイバケーブル25)で接続した構成になり、両者の距離に応じて1乃至複数の中継器52を光ファイバ3の途中に配置した構成になっている。図では送信機50及び受信機51ともに、発信装置を構成する光電子装置20のみが光ファイバ3に接続された模式図としてあるが、当然にして受信装置も光ファイバ3に接続されるものである。
【0090】
本実施形態の光通信システムは、半導体レーザチップと光ファイバとの光結合効率が高く、かつ受光素子による安定したレーザ光強度モニターが行える光電子装置20を組み込んであることから、安定した信頼性の高い光通信が可能になる。
【0091】
本実施形態1によれば以下の効果を有する。
(1)半導体レーザチップ7と受光素子19との間の支持基板1の主面部分には窪み37が設けられて開かれた領域となるとともに、この窪み37の半導体レーザチップ寄りの縁37aが半導体レーザチップ7の端面(出射面43:後方出射面)よりも半導体レーザチップ側にあることによって、開かれた領域に近接した半導体レーザチップ7の固定部分で発生したシリコーンゲル6中の気泡はより効果的に脱泡されることになり、半導体レーザチップ7と受光素子19の光の授受に支障を来さなくなる。従って、受光素子19のモニター電流Isの変動が起き難くなり、安定したレーザ光強度モニターが達成できる。
【0092】
(2)半導体レーザチップ7と光ファイバ3の先端との間の支持基板1の主面部分にも窪み38が設けられて開かれた領域になるとともに、この窪み38の半導体レーザチップ寄りの縁38aが半導体レーザチップ7の端面(出射面43:前方出射面)よりも半導体レーザチップ側にあることによって、開かれた領域に近接した半導体レーザチップ7の固定部分で発生したシリコーンゲル6中の気泡はより効果的に脱泡されることになり、光ファイバと半導体レーザチップの光の授受に支障を来さなくなる。また、光ファイバ3の先端側も前記窪み38によって開かれた領域となるため、光ファイバ3の先端の光路中に気泡(ボイド)が位置することもなくなる。従って、半導体レーザチップの前記出射面から出射されるレーザ光が効率的に光ファイバに取り込めるようになり、安定した光通信が可能になる。
【0093】
(3)光結合調整された光ファイバ3はシリコンプラットフォーム1の溝2部分に紫外線硬化接着剤によって第一次固定された後、熱硬化性樹脂で第二次固定部されることから光結合効率が高くかつ光結合の信頼性が高くなる。
【0094】
(4)本実施形態の光電子装置を組み込んだ光通信システムは、半導体レーザチップと光ファイバとの光結合効率が高く、かつ受光素子による安定したレーザ光強度モニターが行える光電子装置を組み込んであることから、安定した信頼性の高い光通信が可能になる。
【0095】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記窪み37,38に代えて溝であっても前記実施形態同様な効果が得られる。
【0096】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
(1)半導体レーザチップから受光素子に至る光の透過(通過)を阻害しない安定した光出力のモニターが行える光電子装置を提供することができる。
(2)半導体レーザチップから光ファイバに至る光の透過(通過)を阻害しない安定した光出力を出力できる光電子装置を提供することができる。
(3)光通信システムにおいて、組み込んだ光電子装置は、半導体レーザチップと光ファイバとの光結合効率が高く、かつ受光素子による安定したレーザ光強度モニターが行えることから、安定した信頼性の高い光通信が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態(実施形態1)である光電子装置におけるシリコンプラットフォーム部分を示す拡大断面図である。
【図2】本実施形態1の光電子装置の外観を示す斜視図である。
【図3】本実施形態1の光電子装置の光ファイバ延在方向に沿う拡大断面図である。
【図4】本実施形態1の光電子装置のキャップを外した状態の拡大平面図である。
【図5】本実施形態1の光電子装置におけるシリコンプラットフォーム部分を示す拡大平面図である。
【図6】本実施形態1の光電子装置におけるIsトラッキング特性を示すグラフである。
【図7】本実施形態1の光電子装置を使用した光通信システムを示す模式図である。
【図8】本出願人によって検討した光ファイバの固定において、光ファイバと溝とによって閉じられた空間に気泡が発生した状態を示す模式的拡大断面図である。
【図9】本出願人による実験のデータであり、シリコーンゲル硬化の初期に発生した気泡の分布を示す模式図である。
【図10】本出願人による実験のデータであり、温度サイクル等環境試験によってシリコーンゲル内に発生した気泡の分布を示す模式図である。
【図11】本出願人によって確認された現象を示す図であり、光ファイバ下の溝内のシリコーンゲル内に発生した気泡を示す模式的断面図である。
【図12】本出願人によって確認された現象を示す図であり、光ファイバ下の溝内及び光ファイバ先端と半導体レーザチップ間のシリコーンゲル内に発生した気泡を示す模式的断面図である。
【図13】本出願人によって確認された現象を示す図であり、光ファイバ先端と半導体レーザチップ間のシリコーンゲル内に発生した気泡を示す模式的平面図である。
【図14】本出願人によって開発した光電子装置におけるIsトラッキング特性を示すグラフである。
【図15】本出願人によって開発した光電子装置におけるシリコンプラットフォーム部分を示す拡大断面図である。
【図16】本実施形態1の光電子装置のレーザチップ,窪み,受光素子の位置関係を示す平面拡大図である。
【図17】本実施形態1の光電子装置のレーザチップ後方出射端の拡大断面図である。
【図18】本実施形態1の光電子装置の製造方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1…支持基板(シリコンプラットフォーム)、2…溝、3…光ファイバ、3a…コア、3b…クラッド、4…紫外線硬化接着剤、5…熱硬化性樹脂、6…シリコーンゲル、7…半導体レーザチップ、9…囲まれた領域、10…気泡、11…レーザ光、15…容器、16…金属フレーム、17…キャピラリ、19…受光素子、20…光電子装置(半導体光モジュール)、21…ケース、21a,22a…本体部、21b,22b…ガイド部、22…キャップ、23…パッケージ(封止体)、25…光ファイバケーブル、26…紫外線硬化接着剤、27…リード、29…接合材、30…ベース板、31…メタライズ層、32…ワイヤ、33…排出溝、34…第一次固定部、35…第二次固定部、36…熱硬化性樹脂(接着剤)、37…窪み、37a,38a…縁、38…窪み、41,42…接着層、43…出射面、44…受光面、45,46…下部電極、50…送信機、51…受信機、52…中継器。
Claims (24)
- 支持基板と、前記支持基板の主面に固定され端面から光を出射する発光部品と、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を受光する受光部品と、前記支持基板の主面に設けられ前記発光部品と前記受光部品との間の光路を含み前記発光部品及び前記受光部品を被う透明な樹脂からなる保護層を有する光電子装置であって、前記発光部品と前記受光部品との間の前記支持基板主面には窪みがあり、前記窪みの発光部品寄りの縁が前記発光部品の端面よりも発光部品側にあることを特徴とする光電子装置。
- 前記支持基板に前記発光部品及び前記受光部品を固定する接着層の端は、前記発光部品の光を出射する出射面及び前記受光部品の光を受ける受光面よりも内側に引っ込んでいることを特徴とする請求項1に記載の光電子装置。
- 前記光路に直交する方向に延在する窪みの縁の長さは、これと対向する前記発光部品の幅よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の光電子装置。
- 前記支持基板は光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケース内に固定され、前記ケース内には前記支持基板,前記発光部品,前記受光部品及び前記光ファイバの先端側を被うように保護層が設けられ、前記ケースは前記ケースに固定されるプラスチック製のキャップで塞がれていることを特徴とする請求項1に記載の光電子装置。
- 前記保護層は、シリコーンゲル,シリコーンゴム,低応力エポキシ樹脂,アクリル樹脂,ウレタン樹脂のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光電子装置。
- 支持基板と、前記支持基板の主面に固定され端面から光を出射する発光部品と、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を受光する受光部品と、前記支持基板の主面に設けられ前記発光部品と前記受光部品との間の光路を含み前記発光部品及び前記受光部品を被う透明な樹脂からなる保護層を有する光電子装置であって、前記発光部品と前記受光部品との間の前記支持基板主面には窪みがあり、前記発光部品の端面は前記窪みの縁を越えて窪み内に突出していることを特徴とする光電子装置。
- 前記支持基板に前記発光部品及び前記受光部品を固定する接着層の端は、前記発光部品の光を出射する出射面及び前記受光部品の光を受ける受光面よりも内側に引っ込んでいることを特徴とする請求項6に記載の光電子装置。
- 前記光路に直交する方向に延在する窪みの縁の長さは、これと対向する前記発光部品の幅よりも小さいことを特徴とする請求項6に記載の光電子装置。
- 前記支持基板は光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケース内に固定され、前記ケース内には前記支持基板,前記発光部品,前記受光部品及び前記光ファイバの先端側を被うように保護層が設けられ、前記ケースは前記ケースに固定されるプラスチック製のキャップで塞がれていることを特徴とする請求項6に記載の光電子装置。
- 前記保護層は、シリコーンゲル,シリコーンゴム,低応力エポキシ樹脂,アクリル樹脂,ウレタン樹脂のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項6に記載の光電子装置。
- 支持基板と、前記支持基板の主面に固定され両端面からそれぞれ光を出射する発光部品と、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を先端面で受光する光ファイバと、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を受光する受光素子と、前記支持基板の主面に設けられ前記発光部品と前記光ファイバ及び前記発光部品と前記受光素子との間の光路を含み前記発光部品及び前記光ファイバ並びに前記受光素子を被う透明な樹脂からなる保護層を有する光電子装置であって、前記発光部品と前記光ファイバ及び前記発光部品と前記受光素子との間の前記支持基板主面にはそれぞれ窪みがあり、前記発光部品と前記光ファイバとの間の前記窪みの発光部品寄りの縁が前記発光部品の端面よりも発光部品側にあり、前記発光部品と前記受光素子との間の窪みの発光部品寄りの縁が前記発光部品の端面よりも発光部品側にあることを特徴とする光電子装置。
- 前記支持基板に前記発光部品及び前記受光部品を固定する接着層の端は、前記発光部品の光を出射する出射面及び前記受光部品の光を受ける受光面よりも内側に引っ込んでいることを特徴とする請求項11に記載の光電子装置。
- 前記発光部品と前記受光素子との間の窪みにおいて、前記光路に直交する方向に延在する窪みの縁の長さは、これと対向する前記発光部品の幅よりも小さいことを特徴とする請求項11に記載の光電子装置。
- 前記支持基板は前記光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケース内に固定され、前記ケース内には前記支持基板,前記発光部品,前記受光部品及び前記光ファイバの先端側を被うように保護層が設けられ、前記ケースは前記ケースに固定されるプラスチック製のキャップで塞がれていることを特徴とする請求項11に記載の光電子装置。
- 前記保護層は、シリコーンゲル,シリコーンゴム,低応力エポキシ樹脂,アクリル樹脂,ウレタン樹脂のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項11に記載の光電子装置。
- 支持基板と、前記支持基板の主面に固定され両端面からそれぞれ光を出射する発光部品と、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を先端面で受光する光ファイバと、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を受光する受光素子と、前記支持基板の主面に設けられ前記発光部品と前記光ファイバ及び前記発光部品と前記受光素子との間の光路を含み前記発光部品及び前記光ファイバ並びに前記受光素子を被う透明な樹脂からなる保護層を有する光電子装置であって、前記発光部品と前記光ファイバ及び前記発光部品と前記受光素子との間の前記支持基板主面にはそれぞれ窪みがあり、前記発光部品の端面は前記発光部品と前記光ファイバとの間の前記窪みの縁を越えて窪み内に突出し、前記発光部品の端面は前記発光部品と前記受光素子との間の前記窪みの縁を越えて窪み内に突出していることを特徴とする光電子装置。
- 前記支持基板に前記発光部品を固定する接着層の端は、前記発光部品の光を出射する出射面よりも内側に引っ込み、前記支持基板に前記受光部品を固定する接着層の端は、前記受光部品の光を受ける受光面よりも内側に引っ込んでいることを特徴とする請求項16に記載の光電子装置。
- 前記発光部品と前記受光素子との間の窪みにおいて、前記光路に直交する方向に延在する窪みの縁の長さは、これと対向する前記発光部品の幅よりも小さいことを特徴とする請求項16に記載の光電子装置。
- 前記支持基板は前記光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケース内に固定され、前記ケース内には前記支持基板,前記発光部品,前記受光部品及び前記光ファイバの先端側を被うように保護層が設けられ、前記ケースは前記ケースに固定されるプラスチック製のキャップで塞がれていることを特徴とする請求項16に記載の光電子装置。
- 前記保護層は、シリコーンゲル,シリコーンゴム,低応力エポキシ樹脂,アクリル樹脂,ウレタン樹脂のいずれか一つによって形成されていることを特徴とする請求項16に記載の光電子装置。
- ケースと、このケースを塞ぐキャップと、前記ケース内に取り付けられる支持基板と、前記支持基板の主面に固定され端面から光を出射する発光部品と、前記支持基板の主面に固定され前記発光部品から出射する光を受光する受光部品と、前記ケースに充填され前記発光部品と前記受光部品との間の光路を含み前記発光部品及び前記受光部品を被う透明な樹脂からなる保護層とを有し、
前記発光部品と前記受光部品との間の前記支持基板主面には窪みがあり、前記窪みの発光部品寄りの縁が前記発光部品の端面よりも発光部品側にある光電子装置の製造方法であって、
前記支持基板に前記発光部品及び受光部品を搭載する工程と、
前記支持基板を前記ケースに取り付ける工程と、
前記発光部品及び前記受光部品並びに前記支持基板の所定部分間を導電性のワイヤで接続する工程と、
前記ケース内に前記透明な樹脂を充填する工程と、
前記ケース全体を所定の真空度の雰囲気で所定時間放置して前記透明な樹脂内の気泡を脱泡処理する工程と、
前記ケース全体を所定の加熱温度の雰囲気で所定時間放置して前記透明な樹脂を硬化させて前記透明な樹脂からなる保護層を形成する工程と、
前記ケースにキャップを取り付ける工程とを有することを特徴とする光電子装置の製造方法。 - 前記支持基板に前記発光部品固定する接着層の端が前記発光部品の光を出射する出射面よりも内側に引っ込むように固定するとともに、前記支持基板に前記受光部品を固定する接着層の端が前記受光部品の光を受ける受光面よりも内側に引っ込むように固定することを特徴とする請求項21に記載の光電子装置の製造方法。
- 発光部品として半導体レーザチップを前記支持基板に固定し、前記受光部品として前記半導体レーザチップの後方出射面から出射するレーザ光を受光するように受光素子を前記支持基板に固定し、前記受光部品として前記半導体レーザチップの前方出射面から出射するレーザ光を取り込むように光ファイバを前記支持基板に固定し、前記ケースとして前記光ファイバをガイドするガイド付きのプラスチック製のケースとし、前記透明な樹脂を前記支持基板,前記半導体レーザチップ,前記受光素子及び前記光ファイバの先端側を被うように前記ケース内に充填し、脱泡処理を行い、前記透明な樹脂を熱硬化処理して透明な保護層を形成し、前記ケースの開口部を塞ぐようにプラスチック製のキャップを前記ケースに取り付けることを特徴とする請求項21に記載の光電子装置の製造方法。
- 前記保護層を形成する透明な樹脂として、シリコーンゲル,シリコーンゴム,低応力エポキシ樹脂,アクリル樹脂,ウレタン樹脂のいずれか一つを前記ケース内に充填することを特徴とする請求項21に記載の光電子装置の製造方法。
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