JP4348267B2 - 光半導体装置、光通信装置および電子機器 - Google Patents

光半導体装置、光通信装置および電子機器 Download PDF

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本発明は、光半導体素子を封止した光半導体装置およびその光半導体装置を備える光通信装置およびその光半導体装置を備える電子機器に関する。
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等の光の透過を必要とする光半導体素子を有する光半導体装置としては、透光性モールド樹脂のトランスファ成形を利用して作製されたものを広く使用している。
上記透光性モールド樹脂は、１種類の樹脂モールド材料で構成した場合に、特に良好な光透過率を得ることができるという利点を有する一方、熱膨張係数が大きいという性質を有する。そして、透光性モールド樹脂の線膨張係数と、半導体光素子、リードフレームおよびボンディングワイヤーの線膨張係数との差異によって、高動作温度範囲で、ボンディングワイヤーの断線や、パッケージクラック等が発生して、信頼性の高い光半導体装置を作製するのが困難であるという問題がある。
上記透光性モールド樹脂の熱膨張係数を調整する方法としては、樹脂モールド材料にフィラーを添加する方法が知られている。代表的なフィラーとしては、ガラス等の透明な無機粉末がある。
図１１は、フィラー材料（ガラス）の屈折率の温度依存性と、フィラーを添加していない場合の樹脂モールド材料（以下、ベース樹脂モールド材料という）の屈折率の温度依存性を示す図である。詳細には、図１１は、２５℃で双方の屈折率の差が０になるような調整を行った上で、２５℃の双方の屈折率の値を１としたときの、夫々の屈折率の相対値を示す図である。
また、図１１において、点線は、フィラー材料の屈折率の温度依存性であり、実線は、ベース樹脂モールド材料の屈折率の温度依存性である。
図１１に示すように、ベース樹脂モールド材料の屈折率は、温度が上昇するに従って、減少する傾向を示す一方、フィラー材料の屈折率は、温度依存性を有さず、一定であるという傾向を示している。
図１２は、上記ベース樹脂に上記フィラーを添加した場合の樹脂モールド材料における光透過率の温度依存性を示す図である。
図１２では、２５℃における光透過率を１とし、その他の温度の光透過率を、２５℃における光透過率に対する相対値で表している。
図１２において、光透過率は、上記ベース樹脂と上記フィラーとの屈折率の差に依存し、屈折率差が０となる温度で光透過率が１となっている。そして、屈折率差が大きくなるに従って、光透過率が減少する傾向にある。
このことから、図１２の場合は、２５℃で屈折率差が０であるので、２５℃の光透過率が高く、２５℃から温度が上昇するにつれて、光透過率は減少する傾向になっている。
図１３は、一般的なＬＥＤにおける光出力の温度依存性を示す図である。
図１３では、２５℃における光出力を１とし、その他の温度の光出力を、２５℃における出力に対する相対値で表している。
図１３に示すように、光出力は、温度上昇とともに減少する傾向を示している。図１３に示すように、一般的なＬＥＤにおいては、光出力が温度上昇により減少する傾向にあるので、高温時に光出力の低下が著しくなる問題点があり、動作温度範囲内で光出力が一定となるような光半導体装置を実現することが難しいという問題がある。
図１４は、フィラーを添加していない透光性樹脂でＬＥＤを封止した場合の光出力の温度依存性の測定結果、および、フィラーを添加した透光性樹脂でＬＥＤを封止した場合の光出力の温度依存性の測定結果を示す図である。
図１４において、実線は、フィラーを添加した透光性樹脂で封止した場合の光出力の温度依存性であり、点線は、フィラーを添加していない場合の透光性樹脂で封止した場合の光出力の温度依存性である。
図１４において、２５℃における光出力を１とし、相対値にて表示している。
図１４に示すように、フィラーを添加した場合のＬＥＤの光出力は、フィラーを添加していない場合と比較して、光出力の変動が大きくなっている。これは、添加したフィラーとベース樹脂の屈折率の差が温度変化により大きくなることによって、光透過率が低下したことに起因しているものと考えられる。
また、図１４に示すように、フィラーを添加していない場合は、光出力の変動は、１次方程式で近似（直線近似）できる傾向である一方、フィラーを添加した場合は、光出力の変動は、１次方程式で近似できない傾向になっている。これは、添加したフィラーとベース樹脂の屈折率の差が０となる点（図１４にＡで示す）が、測定温度範囲内にあることを意味している。
図１４に示すように、フィラーを添加した樹脂を封止樹脂として使用した従来の光半導体装置では、光半導体装置の特性が、動作温度範囲内で安定しないという問題がある。
従来、樹脂モールド材料にフィラーが添加された材質が開示されている他の公知文献としては、特開２００２−８８２２３号公報（特許文献１）がある。
上記文献には、効果促進剤および無機質充填剤が添加されたエポキシ樹脂が開示されており、このエポキシ樹脂は、様々な温度環境下において、高い透明性を維持し、かつ、耐熱性、耐湿性、低応力性に優れる旨記載されている。
しかしながら、上記エポキシ樹脂は、様々な温度環境下において、高い透明性を維持し、かつ、耐熱性、耐湿性、低応力性に優れる一方、温度が２５℃から１００℃に上昇するに従って、透過率が１００から７０に減少していることからもわかるように、高温になるにつれ光透過率が減少して、光半導体装置の特性を、高温で安定させることが難しいという問題がある。
また、特開平５−２５３９７号公報（特許文献２）には、温度変化により光の透過率が可逆的に変化すると共に、熱膨張係数が小さく、かつ、良好な繰り返し耐久性を有する硬化体を与える樹脂組成物が開示されている。
しかしながら、上記樹脂組成物を光半導体装置に使用できるのか否か、すなわち、上記樹脂組成物は、光半導体装置に用いた時、何等かの不具合を起こすのか否かは、わからないという問題がある。また、仮に、使用できたとしても、上記樹脂組成物を有する光半導体装置の製造方法が知られていないという問題がる。
特開２００２−８８２２３号公報 特開平５−２５３９７号公報
そこで、本発明の課題は、動作温度範囲内での温度対する光の透過率が適切で、動作温度範囲内で動作特性に優れる光半導体装置、その光半導体装置を備える通信装置、および、その光半導体装置を備える電子機器を提供するものである。
上記課題を解決するため、この発明の光半導体装置は、
光半導体素子と、
この光半導体素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂と
を備え、
上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加し、
上記光半導体素子は、発光素子であって、上記動作温度範囲において、温度が上昇するにつれて、光出力が単調に減少するようになっていることを特徴としている。
尚、上記光半導体素子は、チップ状態のものを指す。
本発明によれば、上記透光性樹脂は、動作温度範囲内の温度上昇に対して透過率が増加するようになっているので、例えば、温度上昇と共に出射する光の光量が減少する発光素子を有する場合や、温度上昇と共に入射する光の光量が減少する状況下に配置されている受光素子を有する場合等、取り扱う光の光量が、温度上昇と共に減少する傾向がある光半導体素子を有する場合において、温度上昇と共に取り扱う光の光量が減少するという温度依存性を、上記透光性樹脂の透過率の温度依存性で補償して相殺することができる。したがって、動作温度範囲内における動作特性を、温度の変動に寄らず一定にできて、安定性および信頼性に優れるものにすることができる。
また、本発明によれば、上記透光性樹脂がフィラーを含有しているので、このフィラーによって上記透光性樹脂の線膨張係数を小さくすることができて、動作温度範囲の高温領域での、ボンディングワイヤーの断線やパッケージクラック等の発生を確実に防止できて、耐久性を格段に向上させることができる。
また、一実施形態の光半導体装置は、記透光性樹脂の上記ベース樹脂の屈折率と、上記透光性樹脂の上記フィラーの屈折率は、動作温度範囲の上限以上の一つの温度で一致している。
上記実施形態によれば、記透光性樹脂の上記ベース樹脂の屈折率と、上記透光性樹脂の上記フィラーの屈折率は、動作温度範囲の上限以上の一つの温度で一致しているので、動作温度範囲内において、上記透光性樹脂の光透過率を、温度が上昇するに従って上昇するように、変動させることができる。したがって、動作温度範囲内において、動作特性を安定させることができる。
また、本発明によれば、発光素子の温度上昇と共に出力強度が減少するという動作特性を、上記透光性樹脂の温度上昇と共に光透過率が増大するという材質特性によって、補償相殺できる。したがって、光半導体装置から出力させる光の光量を、温度に寄らず略一定にできて、動作特性の信頼性を格段に向上できる。
また、一実施形態の光半導体装置は、受光素子を含む。
上記実施形態によれば、温度が上昇するに従って、受光感度を次第に高くできて、動作温度の上限で、受光感度を最も高くすることができる。したがって、例えば、温度上昇と共に出力が低下する特性を有する発光素子から出力される光を受光する場合等、受光する光の光量が、温度が上昇するにしたがって減少する場合に、その光の光量の温度依存性による減少を補正できて、受光感度を、動作温度の範囲内で、温度に寄らず優れたものにできる。
また、一実施形態の光半導体装置は、上記透光性樹脂の上記透過率の温度上昇による透過率増加係数が、上記発光素子の温度上昇による光出力低下係数を略相殺する。
尚、この明細書では、透過率増加係数を、単位時間の温度上昇に対する透過率の変動（減少した場合は負の値をとる）で定義し、光出力低下係数を、単位時間の温度上昇に対する上記発光素子から出射される光の光量の変動（減少した場合は負の値をとる）で定義するものとする。
上記実施形態によれば、上記透過率増加係数が、上記発光素子の温度上昇による光出力低下係数を略相殺するので、動作温度の範囲内で光半導体装置から出力される光の光量を温度に寄らず略一定にすることができて、動作特性の信頼性を向上させることができる。
また、一実施形態の光半導体装置は、上記透光性樹脂の上記透過率増加係数が、上記透光性樹脂の上記フィラーの量に対応している。
透光性樹脂に含有させるフィラーの量を変動させると、透光性樹脂の温度上昇による透過率増加係数を容易に変動させることができる。
上記実施形態によれば、上記透光性樹脂の上記透過率増加係数が、上記透光性樹脂に含有させる上記フィラーの量に対応しているので、動作温度の範囲内で光半導体装置から出力される光の光量を温度に寄らず容易に略一定にすることができて、容易に動作特性の信頼性を向上させることができる。
また、一実施形態の光半導体装置は、上記透光性樹脂の上記透過率増加係数が、上記透光性樹脂のベース樹脂の温度上昇に対する屈折率の減少量に対応している。
ベース樹脂の温度上昇に対する屈折率の減少量を調整することによって、透光性樹脂の透過率増加係数を容易に変動させることができる。
上記実施形態によれば、上記透光性樹脂の上記透過率増加係数が、上記透光性樹脂のベース樹脂の温度上昇に対する屈折率の減少量に対応しているので、動作温度の範囲内で光半導体装置から出力される光の光量を温度に寄らず容易に略一定にすることができて、容易に動作特性の信頼性を向上させることができる。
また、一実施形態の光半導体装置は、上記発光素子を駆動する発光素子駆動回路を備え、上記発光素子駆動回路は、上記発光素子の温度上昇による光出力の変動を補正する補正回路を有している。
上記実施形態によれば、上記補正回路によって、上記発光素子の温度上昇による光出力の変動を補正することができる。したがって、光半導体装置から出射される光の光出力を、動作温度範囲内で、容易に略一定にすることができて、動作特性を安定させることができる。
また、一実施形態の光半導体装置は、上記透光性樹脂の温度上昇による透過率増加と上記発光素子駆動回路の上記補正回路による光出力の変動の補正とにより、上記発光素子の温度上昇による光出力の低下を相殺している。
上記実施形態によれば、上記透光性樹脂の温度上昇による透過率増加と上記発光素子駆動回路の上記補正回路による光出力の変動の補正とにより、上記発光素子の温度上昇による光出力の低下を相殺しているので、光出力を、動作温度範囲内で、略一定にすることができて、動作特性を安定させることができる。
また、本発明の光半導体装置は、
光半導体素子と、
この光半導体素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂と
を備え、
上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加し、
上記光半導体素子は、受光素子であり、
上記受光素子の動作温度範囲において、上記受光素子の受光電流は、略一定であり、
動作温度範囲において、温度が上昇するにつれて、出射される光の光出力が単調に減少するようになっている発光装置を備えることを特徴としている。
また、本発明の光半導体装置は、
光半導体素子と、
この光半導体素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂と
を備え、
上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加し、
上記光半導体素子は、受光素子であり、
上記受光素子の動作温度範囲において、上記受光素子の受光電流は、略一定であり、
通信光の光量が、内周面の温度上昇によって減衰する光ファイバを備えることを特徴としている。
また、本発明の光通信装置は、
発光素子と、この発光素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂とを有し、上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加する半導体装置と、
光ファイバと
を備え、
上記半導体装置は、その半導体装置の温度上昇によって、光出力が増大し、
上記光ファイバ内の通信光は、上記光ファイバの温度上昇によって減衰し、
上記光ファイバを伝送媒体として光信号を送受信することを特徴としている。
本発明によれば、上記光ファイバの温度上昇による上記光ファイバ内の通信光の減衰率を、上記半導体素子の上記透光性樹脂の温度上昇による透過率増加係数に対応させることができるので、上記通信光の減衰を、温度が上昇したとき増大する上記透光性樹脂の透過率の効果で相殺することができて、通信品質の高い光ファイバ伝送を行うことができる。
また、本発明の光通信装置は、発光素子と、この発光素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂とを有し、上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加する半導体装置と、
光ファイバと
を備え、
上記半導体装置は、その半導体装置の温度上昇によって、光出力が増大し、
上記発光素子の温度上昇による発光波長の変化によって光ファイバ内の通信光が減少し、
上記光ファイバを伝送媒体として光信号を送受信することを特徴としている
本発明によれば、上記光半導体装置の光半導体素子の温度上昇による発光波長の変化による光ファイバ内の通信光の減衰率を、上記透光性樹脂の温度上昇による透過率増加係数に対応させることができるので、上記発光波長の変化による光ファイバ内の通信光の減衰を、温度が上昇したとき増大する上記透光性樹脂の透過率の効果で相殺することができて、通信品質の高い光ファイバ伝送を行うことができる。
また、本発明の電子機器は、上記発明の光半導体装置を備えている。
本発明によれば、動作特性を、温度依存性が少なくて安定したものにすることができて、動作特性を、信頼性が高くて優れたものにすることができる。
本発明によれば、透光性樹脂は、動作温度範囲内の温度上昇に対して透過率が増加するようになっているので、取り扱う光の光量が、温度上昇と共に減少する傾向がある光半導体素子を有する場合において、温度が上昇するに従って取り扱う光の光量が減少するという温度依存性を、上記透光性樹脂の透過率の温度依存性で補償して相殺することができる。したがって、動作温度範囲内における動作特性を、温度の変動に寄らず一定にできて、安定性および信頼性に優れるものにすることができる。
また、本発明によれば、上記透光性樹脂がフィラーを含有しているので、このフィラーによって上記透光性樹脂の線膨張係数を小さくすることができて、高動作温度範囲で、ボンディングワイヤーの断線やパッケージクラック等の発生を確実に防止でき、耐久性を格段に向上させることができる。
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
(第１実施形態)
図１は、本発明の第１実施形態の光半導体装置を示す図である。詳細には、図１（Ａ）は、第１実施形態の光半導体装置の正面透視図であり、図１（Ｂ）は、第１実施形態の光半導体装置の側面透視図である。
この光半導体装置は、リードフレーム１と、光半導体素子の一例としてのＬＥＤ２と、ワイヤー３と、フィラーを添加した透光性のモールド樹脂４とを備える。
上記ワイヤー３は、Ａｕワイヤー、Ａｇワイヤー、または、Ａｌワイヤー等の導電性を有するワイヤーで構成されている。また、上記モールド樹脂４は、エポキシ樹脂に、フィラーとしてガラスを添加することによって形成されている。
上記ＬＥＤ２の裏面電極は、Ａｇペースト等の導電性樹脂を用いてリードフレーム１にダイボンドされている。また、ＬＥＤ２の表面電極は、ワイヤー３によってリードフレーム１にワイヤーボンディングされている。また、上記リードフレーム１に実装されているＬＥＤ２は、トランスファーモールド成型によって、フィラーを添加した透光性のモールド樹脂４にて封止されている。
図２は、第１実施形態の光半導体装置に使用されたベース樹脂の屈折率の温度依存性、および、第１実施形態の光半導体装置に使用されたフィラーの屈折率の温度依存性を示す図である。
図２において、実線は、ベース樹脂の屈折率の温度依存性であり、点線は、フィラーの屈折率の温度依存性である。また、図２においては、８５℃におけるベース樹脂の屈折率を１とし、ベース樹脂の８５℃以外の温度の屈折率と、フィラーの屈折率とを、８５℃におけるベース樹脂の屈折率に対する相対値で示している。
第１実施形態の光半導体装置は、動作温度の範囲が、−４０℃〜＋８５℃になるように設定されている。また、図２に示すように、動作温度の上限である８５℃で、ベース樹脂の屈折率と、フィラーの屈折率が同一になるように設定されている。また、フィラーとして、−４０℃〜＋８５℃の温度範囲で、屈折率が殆ど変動しない材質を使用する一方、ベース樹脂として、−４０℃〜＋８５℃の温度範囲で、温度が上昇するに従って屈折率が減少する材質を使用している。
図３は、第１実施形態の光半導体装置の光透過率の温度依存性を示す図である。
上述したように、ある温度におけるフィラーが添加されたモールド樹脂の光透過率は、その温度におけるフィラーの屈折率とその温度におけるベース樹脂の屈折率の差に依存する。
図３に示す屈折率の温度依存性を有するフィラーおよびベース樹脂を用いて作製されたモールド樹脂は、図３に示すように、上記動作温度範囲内では、温度が増加するに従って、光透過率が増加する特性を有している。
尚、温度上昇に対する光透過率の増加の増加率（傾き）は、ベース樹脂の屈折率の温度依存性の変化率を用いた方法、または、フィラーの添加量を用いた方法で調整することができる。言い換えれば、温度上昇に対する光透過率の増加の増加率（傾き）と、ベース樹脂の屈折率の温度依存性の変化率とが対応している方法、または、温度上昇に対する光透過率の増加の増加率（傾き）と、フィラーの添加量とが対応している方法がある。
以下に、これらの方法について説明する。
先ず、ベース樹脂の屈折率の温度依存性の変化率を用いた方法について説明する。一般的にベース樹脂の屈折率の温度依存性は、フィラーの屈折率の温度依存性よりも大きいことが知られており、光透過率の増加の傾きは、ベース樹脂の屈折率の温度依存性の変化率に依存することになる。そのため、ベース樹脂として、屈折率の温度依存性が大きい材料を用いると、光透過率の増加の傾きを大きくすることができ、反対に、ベース樹脂として、屈折率の温度依存性が小さい材料を用いると、光透過率の増加の傾きを小さくできる。ベース樹脂の屈折率の温度依存性の変化率を用いた方法は、ベース樹脂の材質を調整することによって、光透過率の増加率を調節するようになっている。
次に、フィラーの添加量を用いた方法について説明する。
光透過率は、その温度におけるベース樹脂の屈折率とフィラーの屈折率差に依存するため、フィラーの添加量を調整することにより、光透過率の増加の傾きを調整することができる。詳細には、ベース樹脂とフィラーの屈折率差が生じる温度で使用した場合、フィラーの添加量を多くすることにより、光透過率の増加の傾きを大きくすることでき、反対に、フィラーの添加量を少なくすることにより、光透過率の増加の傾きを小さくすることができる。フィラーの添加量を用いた方法は、添加するフィラーの添加量を調整することによって、光透過率の増加率を調節するようになっている。
図４は、第１実施形態の光半導体装置が有するＬＥＤ２の光出力の温度依存性を示す図である。一般的にＬＥＤは、温度上昇とともに光出力が減少する傾向になることが知られており、上記ＬＥＤ２も、図４に示すように、一般的なＬＥＤと同様に、温度上昇とともに光出力が減少している。
図５は、第１実施形態の光半導体装置の光出力の温度依存性を示す図である。
図５に示すように、第１実施形態の光半導体装置の光出力は、動作温度範囲内において温度依存性がなく、第１実施形態の光半導体装置は、光出力が変動しない優れた動作特性を有する。
第１実施形態の光半導体装置では、ＬＥＤ２の光出力にモールド樹脂４の透過率を対応させることによって、すなわち、温度が上昇するに従って低下するＬＥＤ２の光出力の効果を、温度が上昇するに従って増加するモールド樹脂４の透過率の効果で相殺することによって、光半導体装置の光出力特性を、温度変化に依存して変動しない優れたものにしている。
上記第１実施形態の光半導体装置によれば、ＬＥＤ２を封止するモールド樹脂４として、ＬＥＤ２の光出力の温度に対する減少率を相殺する光透過率を有するガラスを添加したモールド樹脂４を採用したので、光半導体装置の出射光の光出力を動作温度範囲内で略一定にすることができて、光半導体装置の動作特性を格段に向上させることができる。
尚、上記第１実施形態の光半導体装置では、フィラーとしてガラスを採用し、エポキシ樹脂にガラスを添加したモールド樹脂４を採用したが、この発明の光半導体装置では、フィラーとして、シリカ、アルミナ、または、石英等のガラス以外の材質を用いても良い。
また、上記第１実施形態の光半導体装置では、光半導体装置のモールド部に、フィラーを添加した樹脂を使用したが、フィラーを添加した樹脂は、モールド部以外の部分、例えば、レンズ等の光半導体装置の光路部分に、使用しても良い。また、この場合、例えば、レンズ樹脂には、熱硬化性樹脂を用いても良いし、熱可塑性樹脂を用いても良い。また、フィラーとして、ガラスを用いても良いし、シリカ、アルミナ、または、石英等のガラス以外の材質を用いても良い。
また、上記第１実施形態の光半導体装置では、動作温度領域の上限である＋８５℃で、ベース樹脂の屈折率と、フィラーの屈折率を同一にしたが、この発明の光半導体装置では、ベース樹脂の屈折率をｎｂとすると共に、フィラーの屈折率をｎｆとしたとき、動作温度領域の上限以上の一つの温度以上の領域において、ｎｂ≧ｎｆを満足するような、ベース樹脂の材質およびフィラーの材質を採用しても良く、この場合においても、第１実施形態の光半導体装置と同様の作用効果を獲得できる。
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態の光半導体装置を示す図である。詳細には、図６（Ａ）は、第２実施形態の光半導体装置の正面透視図であり、図６（Ｂ）は、第２実施形態の光半導体装置の側面透視図である。
第２実施形態の光半導体装置は、光半導体素子として発光素子（ＬＥＤ）ではなくて、受光素子であるフォトダイオード（ＰＤ）６２を採用した点のみが、本質的に第１実施形態の光半導体装置と異なる。
第２実施形態の光半導体装置では、第１実施形態の光半導体装置と同様の作用効果および変形例については、説明を省略し、第１実施形態の光半導体装置と異なる構成、作用効果のみを説明することにする。
この光半導体装置は、リードフレーム６１と、光半導体素子の一例としてのＰＤ６２と、ワイヤー６３と、フィラーを添加した透光性のモールド樹脂６４とを備える。上記ワイヤー６３は、Ａｕワイヤー、Ａｇワイヤー、または、Ａｌワイヤー等の導電性を有するワイヤーで構成されている。また、上記モールド樹脂６４は、ベース樹脂であるエポキシ樹脂に、フィラーとしてのガラスを添加することによって形成されている。上記モールド樹脂６４の光透過率は、光半導体装置の動作温度範囲内において、温度が上昇するに従って増加するようになっている。
また、上記ＰＤ６２の受光電流は、一般的なフォトダイオードの受光電流と同様に、温度依存性を殆ど持たず、動作温度範囲内において略一定になっている。
上記第２実施形態の光半導体装置では、光半導体装置の動作温度範囲内において、温度が上昇するに従って光透過率が増加するモールド樹脂６４を採用すると共に、動作温度範囲内において略一定の受光電流を有するＰＤ６２を採用しているので、光半導体装置の動作温度の上限値でＰＤ６２の受光感度を最も優れたものにすることができる。したがって、上述したように、一般的な発光素子では、高温時において光出力が低下するため、ＰＤ６２を用いれば、相手側の発光素子の光出力の低下を補正（相殺）することができる。したがって、第２実施形態の光半導体装置と、光信号を発信する発光素子とを備えた光通信モジュール等の電子機器の特性を、温度依存性がない優れたものにすることができる。
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態の光半導体装置を示す図である。詳細には、図７（Ａ）は、第３実施形態の光半導体装置の正面透視図であり、図７（Ｂ）は、第３実施形態の光半導体装置の側面透視図である。
第３実施形態の光半導体装置は、ＬＥＤ７２を駆動する駆動回路部である駆動集積回路７６を設けた点のみが、本質的に、第１実施形態の光半導体装置と異なる。
第３実施形態の光半導体装置では、第１実施形態の光半導体装置と同一の構成、作用効果および変形例については、説明を省略することにし、第１実施形態の光半導体装置と異なる構成、作用効果についてのみ説明を行うことにする。
この光半導体装置は、リードフレーム７１と、ＬＥＤ７２と、ワイヤー７３と、透光性のモールド樹脂７４と、ＬＥＤ７２を駆動する駆動集積回路７６とを備える。上記ワイヤー７３は、Ａｕワイヤー、Ａｇワイヤー、または、Ａｌワイヤー等の導電性を有するワイヤーで構成されている。また、上記モールド樹脂７４は、ベース樹脂であるエポキシ樹脂に、フィラーとしてのガラスを添加することによって形成されている。
また、上記駆動集積回路７６には、温度が上昇するに従ってＬＥＤ７２の駆動電流を増加させる補正回路が組み込まれている。この補正回路は、ＬＥＤ７２の光出力の低下の効果を相殺するようになっている。
図８は、駆動集積回路７６が出力するＬＥＤ駆動電流の温度依存性を示す図である。
図８においては、８５℃におけるＬＥＤ駆動電流を１とし、他の温度のＬＥＤ駆動電流を、８５℃におけるＬＥＤ駆動電流に対する相対値で示している。
図８に示すように、ＬＥＤ駆動電流は、温度が上昇するに従って増加するように設定されている。これは、駆動集積回路７６の抵抗の温度依存性を、温度が上昇するに従って低下するように設定することによって容易に実現できる。
図９は、第３実施形態の光半導体装置の光出力を示す図である。
図９においては、８５℃における光半導体装置の光出力を１とし、他の温度の光半導体装置の光出力を、８５℃における光半導体装置の光出力に対する相対値で示している。
上記第３実施形態の光半導体装置によれば、温度が上昇するに従って出力が減少するというＬＥＤ７２の動作特性を、駆動集積回路７６の補正回路で補償するようにしたので、光半導体装置の動作特性を、動作温度範囲内で温度依存性が無くて優れたものにすることができる。
尚、上記第３実施形態の光半導体装置では、ＬＥＤ７２の素子特性を、駆動集積回路７６の補正回路で補償して、光半導体装置の動作特性を、動作温度範囲内で温度依存性が無くて優れたものにした。しかしながら、この発明では、ＬＥＤの温度が上昇するに従って出力が低下するという動作特性を、駆動集積回路の温度が上昇するに従ってＬＥＤ駆動電流を増大させるという特性と、樹脂モールド部の温度が上昇するに従って光透過率が増大するという特性とによって相殺して、光半導体装置の動作特性を、動作温度範囲内で温度依存性がないようにしても良いことは勿論である。
また、この発明では、ＬＥＤの温度が上昇するに従って出力が低下するという動作特性と、駆動集積回路の温度が上昇するに従ってＬＥＤ駆動電流を減少させるという特性とを、樹脂モールド部の温度が上昇するに従って光透過率が増大するという特性で相殺して、光半導体装置の動作特性を、動作温度範囲内で温度依存性がないようにしても良いことも勿論である。
また、上記第１〜第３の実施形態の光半導体装置では、光半導体装置は、発光素子と受光素子のうちのどちらか一方を、有していたが、この発明の光半導体装置は、発光素子と受光素子の両方を有していても良く、これらを同一のパッケージ内で樹脂封止しても良い。また、この発明の光半導体装置は、上記発光素子と受光素子以外に発光素子駆動回路及び受光素子増幅回路を同一パッケージ内で樹脂封止しても良い。
図１０は、本発明の光通信装置の一実施形態を示す図である。
この光通信装置は、第１実施形態の光半導体装置と、第２実施形態の光半導体装置と、光ファイバ１０７とを備えている。
上記光ファイバ１０７は、第１実施形態の光半導体装置から出射された光を、第２実施形態の光半導体装置に伝送する役割を担っている。
一般的に、伝送媒体である光ファイバは、温度上昇により光ファイバが吸湿しやすくなり、吸湿により光ファイバを通る通信光の減衰量が増加することが知られており、また、通信光の波長が長波長側に変化することにより、光ファイバを通る通信光の減衰量が増加することが知られている。また、一般的に、光半導体装置として発光素子を用いた場合、温度上昇により発光素子の発光波長が変化することが知られている。
この光通信装置では、第１実施形態の光半導体装置の封止樹脂における温度上昇に対する樹脂の透過の増加率は、光ファイバの温度上昇に対する通信光の吸湿による減衰率、および、通信光の波長が長波長側に変化することにより生じる光ファイバを通る通信光の減衰率と対応している。言い換えると、第１実施形態の光半導体装置の封止樹脂における温度上昇に対する樹脂の透過の増加率は、光ファイバの温度上昇に対する通信光の吸湿による減衰率、および、通信光の波長が長波長側に変化することにより生じる光ファイバを通る通信光の減衰率を、略相殺している。
そして、第１実施形態の光半導体装置の温度上昇に対する光出力の増加率を調整することによって、光ファイバから第２実施形態の光半導体装置に入射する光の光出力を温度上昇に対して略一定となるようにしている。このことから、この光通信装置は、やり取りされる通信光の温度依存性を小さくできて、通信品質の高い光伝送を実現できる。
尚、上記実施形態では、第１実施形態の光半導体装置の封止樹脂における温度上昇に対する樹脂の透過の増加率で、光ファイバの通信光の減衰率を補正して相殺した。しかしながら、この発明では、第１実施形態の光半導体装置の封止樹脂における温度上昇に対する樹脂の透過の増加率で、第１実施形態の光半導体装置のＬＥＤの出射光量の温度依存性を相殺すると共に、第２実施形態の光半導体装置の封止樹脂における温度上昇に対する樹脂の透過の増加率で、光ファイバの通信光の減衰率を補正して相殺しても良い。
また、第１実施形態の光半導体装置のＬＥＤの出射光量の温度依存性および光ファイバの通信光の減衰を、第１実施形態の光半導体装置と第２実施形態の光半導体装置の封止樹脂における温度上昇に対する樹脂の透過の増加率のトータルで相殺しても良い。
上記実施形態では、本発明の光半導体装置を、光通信装置に適用した。しかしながら、本発明の光半導体装置を、デジタルＴＶ(televisionテレビジョン)、デジタルＢＳ(Broadcasting Satellite：ブロードキャスティング・サテライト)チューナ、ＣＳ(Communication Satellite：コミュニケーション・サテライト)チューナ、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc：デジタル多用途ディスク)プレーヤー、スーパーオーディオＣＤ(Compact Disc：コンパクト・ディスク)プレーヤー、ＡＶ(Audio Visual：オーディオ・ビジュアル)アンプ、オーディオ、パソコン、パソコン周辺機器、携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant：パーソナル・デジタル・アシスタント)等の電子機器に使用しても良いことは勿論である。
また、本発明の光半導体装置を、動作温度範囲の広い環境、例えば、車載用機器であるカーオーディオ、カーナビ、センサーや、工場内のロボットのセンサー、制御用機器等の電子機器に使用しても良いことも勿論である。
本発明の光半導体装置を電子機器に適用すると、その電子機器の動作特性を、温度依存性が少なくて安定したものにすることができて、その電子機器の動作特性を、信頼性が高くて優れたものにすることができる。
本発明の第１実施形態の光半導体装置を示す図である。 第１実施形態の光半導体装置に使用されたベース樹脂の屈折率の温度依存性、および、第１実施形態の光半導体装置に使用されたフィラーの屈折率の温度依存性を示す図である。 第１実施形態の光半導体装置の光透過率の温度依存性を示す図である。 第１実施形態の光半導体装置が有するＬＥＤの光出力の温度依存性を示す図である。 第１実施形態の光半導体装置の光出力の温度依存性を示す図である。 本発明の第２実施形態の光半導体装置を示す図である。 本発明の第３実施形態の光半導体装置を示す図である。 駆動集積回路が出力するＬＥＤ駆動電流の温度依存性を示す図である。 第３実施形態の光半導体装置の光出力を示す図である。 本発明の光通信装置の一実施形態を示す図である。 フィラー材料としてガラスを添加した樹脂モールド材料の屈折率の温度依存性と、ベース樹脂モールド材料の屈折率の温度依存性を示す図である。 ベース樹脂にフィラーを添加した場合の樹脂モールド材料における光透過率の温度依存性を示す図である。 一般的なＬＥＤにおける光出力の温度依存性を示す図である。 フィラーを添加していない透光性樹脂でＬＥＤを封止した場合の光出力の温度依存性の測定結果、および、フィラーを添加した透光性樹脂でＬＥＤを封止した場合の光出力の温度依存性の測定結果を示す図である。
１,６１ リードフレーム
２ ＬＥＤ
３,６３ ワイヤー
４,６４ モールド樹脂
６２ ＰＤ
７６ 駆動集積回路

Claims (12)

  1. 光半導体素子と、
    この光半導体素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂と
    を備え、
    上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加し、
    上記光半導体素子は、発光素子であって、上記動作温度範囲において、温度が上昇するにつれて、光出力が単調に減少するようになっていることを特徴とする光半導体装置。
  2. 請求項１に記載の光半導体装置において、
    上記透光性樹脂の上記ベース樹脂の屈折率と、上記透光性樹脂の上記フィラーの屈折率は、動作温度範囲の上限以上の一つの温度で一致していることを特徴とする光半導体装置。
  3. 請求項１に記載の光半導体装置において、
    上記透光性樹脂における上記透過率の温度上昇による透過率増加係数は、上記発光素子の温度上昇による光出力低下係数を略相殺することを特徴とする光半導体装置。
  4. 請求項３に記載の半導体装置において、
    上記透光性樹脂の上記透過率増加係数は、上記透光性樹脂の上記フィラーの量に対応していることを特徴とする光半導体装置。
  5. 請求項３に記載の光半導体装置において、
    上記透光性樹脂の上記透過率増加係数は、上記透光性樹脂のベース樹脂の温度上昇に対する屈折率の減少量に対応していることを特徴とする光半導体装置。
  6. 請求項１に記載の光半導体装置において、
    上記発光素子を駆動する発光素子駆動回路を備え、
    上記発光素子駆動回路は、上記発光素子の温度上昇による光出力の変動を補正する補正回路を有していることを特徴とする光半導体装置。
  7. 請求項６に記載の光半導体装置において、
    上記透光性樹脂の温度上昇による透過率増加と上記発光素子駆動回路の上記補正回路による光出力の変動の補正とにより、上記発光素子の温度上昇による光出力の低下を相殺することを特徴とする光半導体装置。
  8. 光半導体素子と、
    この光半導体素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂と
    を備え、
    上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加し、
    上記光半導体素子は、受光素子であり、
    上記受光素子の動作温度範囲において、上記受光素子の受光電流は、略一定であり、
    動作温度範囲において、温度が上昇するにつれて、出射される光の光出力が単調に減少するようになっている発光装置を備えることを特徴とする光半導体装置。
  9. 光半導体素子と、
    この光半導体素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂と
    を備え、
    上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加し、
    上記光半導体素子は、受光素子であり、
    上記受光素子の動作温度範囲において、上記受光素子の受光電流は、略一定であり、
    通信光の光量が、内周面の温度上昇によって減衰する光ファイバを備えることを特徴とする光半導体装置。
  10. 発光素子と、この発光素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂とを有し、上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加する半導体装置と、
    光ファイバと
    を備え、
    上記半導体装置は、その半導体装置の温度上昇によって、光出力が増大し、
    上記光ファイバ内の通信光は、上記光ファイバの温度上昇によって減衰し、
    上記光ファイバを伝送媒体として光信号を送受信することを特徴とする光通信装置。
  11. 発光素子と、この発光素子を封止するように配置されると共に、ベース樹脂とフィラーを含む透光性樹脂とを有し、上記透光性樹脂は、上記光半導体素子の動作温度の範囲内における温度上昇に伴もなって透過率が単調に増加する半導体装置と、
    光ファイバと
    を備え、
    上記半導体装置は、その半導体装置の温度上昇によって、光出力が増大し、
    上記発光素子の温度上昇による発光波長の変化によって光ファイバ内の通信光が減少し、
    上記光ファイバを伝送媒体として光信号を送受信することを特徴とする光通信装置。
  12. 請求項１から９までのいずれか一項に記載の光半導体装置を備えていることを特徴とする電子機器。
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