JP4404649B2

JP4404649B2 - 光半導体素子のサブキャリアおよび光半導体装置

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Publication number: JP4404649B2
Application number: JP2004020775A
Authority: JP
Inventors: 尚人井手
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-01-29
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Description

本発明は光通信分野等で用いられ、フォトダイオード（ＰＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の光半導体素子を搭載するためのサブキャリアおよび光半導体装置に関する。

従来、光通信分野においては、光半導体装置が高周波信号を電気−光変換し光ファイバ等へ光信号として出力するために用いられており、10Ｇビット／秒（ｂｐｓ）を超えるデータ通信のビットレートを持つものが広く用いられるようになってきている。

従来のＰＤ，ＬＤ等の光半導体素子を具備した光半導体装置を図３に示す。図３に示すように、101は光半導体素子を搭載するためのサブキャリア、102はＰＤ、103ａはＰＤ102の電極とサブキャリア101の表面の配線導体とを電気的に接続する第一のボンディングワイヤ、103bはサブキャリア101の表面の配線導体と回路基板120の回路配線とを電気的に接続するための第二のボンディングワイヤである。また、104はＬＤ、105はＬＤ搭載用のサブマウント、106は測温素子、107はペルチェ素子、108はセラミックス等から成る上面の中央部に凹部を有する基体である。また、109は金属等から成る蓋体、110は金属等から成る筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部材ともいう）、111は光ファイバ、112は外部リード端子、120はＰＤ102により光−電気変換された電気信号を増幅したり、外部リード端子への接続を容易にする等のための回路やインピーダンス整合用の線路導体等の回路配線が形成された回路基板である。

サブキャリア101は、図４に示すように、セラミックス等から成る略直方体の絶縁基台113の表面に導体層から成る機能部が形成されており、絶縁基台113の一側面にＰＤが搭載される搭載部114aが形成され、絶縁基台113の搭載部114aから上面かけて第一の配線導体114bが形成され、搭載部114aに近接する部位から上面にかけて第二の配線導体114cが形成されている。さらに、絶縁基台113の下面には、基体108の凹所の底面（以下、実装面ともいう）に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ろう材等を介して接着固定される下部導体層114fが形成されている。

ＰＤ102は、サブキャリア101の搭載部114aにＡｕ−Ｓｎろう材等を介して接着固定される。ＰＤ102が搭載されたサブキャリア101は、一例として電気信号を光信号変換し出力する光半導体装置の場合、基体108の実装面にＰＤ102の受光面がＬＤ104の後方から放射された光をモニタするもので、ＬＤ104と光学的に結合するように接着固定されている。また、基体108の実装面には、ＬＤ104および測温素子106が搭載されたサブマウント105がペルチェ素子107を介して載置されている。

光ファイバ111は、ＬＤ104から発光される光を光半導体装置の外部に伝送するものである。

基体108の下面には、外部リード端子112が固定されており、ＰＤ102やＬＤ104，測温素子106，ペルチェ素子107等が電気的に接続されている。また、基体108の上面に蓋体109がシーム溶接法等により実装面を封止するように接合されることにより、光半導体装置を気密に封止する。

この光半導体装置は以下のようにして製作される。まず、ＰＤ102をサブキャリア101の搭載部114aにＡｕ−Ｓｎ合金等から成る低融点ろう材を介して接着固定することにより、ＰＤ102を固定するとともにＰＤ102の一方の電極を第一の配線導体114bに接続する。次に、ＰＤ102の他方の電極と第二の配線導体114cとを、Ａｕやアルミニウム（Ａｌ）等からな成る第一のボンディングワイヤ103aを介して電気的に接続する。そして、ＰＤ102が搭載されたサブキャリア101を、その下部導体層114fを基体108の実装面にＡｕ−Ｓｎ合金やＳｎ−鉛（Ｐｂ）合金等から成るろう材を介して接着固定することで基体108に電気的に接続する。次に、サブキャリア101の第一の配線導体114bおよび第二の配線導体114cを、回路基板120の回路配線に、ＡｕやＡｌ等からなる第二のボンディングワイヤ103bにより電気的に接続する。そして、ＬＤ104と測温素子106とを上面にろう材を介して接着固定したサブマウント105、予めろう材を介して基体108の実装面に接着固定したペルチェ素子107の上面にろう材を介して接着固定する。

また、このような光半導体装置は、ＰＤ102やＬＤ104等の光半導体素子，測温素子106，ペルチェ素子107，回路基板120等の数多くの部品が基体108の実装面に高密度に接着固定されて構成されることから、近年は、光半導体装置の軽薄短小化や量産性向上を目的とし、性能を低下させることなく自動実装が可能な部品が要求されている。

しかしながら、上記のＰＤ102が搭載されたサブキャリア101では、基体108の実装面に搬送治具等を用いて載置される際、搭載部114aを含む全ての配線導体や第一のボンディングワイヤ103a，ＰＤ102が絶縁基台113の外周面から保護されることなく露出、突出する。したがって、これら露出、突出した部位を光半導体装置の組立工程の際に生産設備等により破壊したり、変形させたりする問題点があった。これらの問題点を解決するために絶縁基台113のＰＤ102が搭載される面の外周部をＰＤ102の厚みよりも厚いセラミック部材で囲む構造が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特開平５−145091号公報特開2001−15773号公報特開2002−141600号公報特開平４−352368号公報

ＰＤ102が搭載されるサブキャリア101の機能は、ＰＤ102により光信号から光−電気変換された電気信号を遅延なく正確に制御回路へ伝送することであるが、電気信号を良好に伝送することができない場合、ＰＤ102の変換効率が低下するので光信号の伝送速度を抑制しなければならない。すなわち、光半導体装置としての伝送特性が低下することになる。

したがって、サブキャリア101に形成される配線導体は、ＰＤ102で光−電気変換された電気信号を、正確かつ高速に伝送することが重要である。

また一般的に、電気信号の伝送速度は、電気信号伝搬遅延時間（Ｔｐｄ）で示される。Ｔｐｄは、その値が小さいほど高速に伝送することができ、次式で表現される。

Ｔｐｄ＝（εｒ）^１／２／Ｃ０
ここで、εｒは配線導体が形成される誘電体の比誘電率または実効比誘電率の値、Ｃ０は光速（定数）である。

上記から、サブキャリア101に形成される配線導体は、低比誘電率を有する絶縁基台113に形成されていることが望ましい。すなわち、配線導体の静電容量は低いことが望ましい。

さらに、近年は、光信号の伝送速度が10Ｇビット／秒（ｂｐｓ）や、40Ｇビット／秒（ｂｐｓ）を超える光通信が行なわれるようになってきた。

しかしながら、従来から提案されているような、絶縁基台113の一側面および上面の二面に配線導体が形成されるとともに、絶縁基台113のＰＤ102が搭載される一側面の外周部をＰＤ102の厚みよりも厚いセラミック部材で囲む構造では、配線導体114ｂ，114ｃの一部が絶縁基台113と、セラミック部材とに挟まれて埋設される。（以下、配線導体114ｂ，114ｃの埋設されている部位を埋設部ともいう）
したがって、配線導体114ｂ，114ｃが全て空気中に露出している構造と比較し、配線導体114ｂ，114ｃに及ぼす誘電体（絶縁基台113）の比誘電率が空気の比誘電率と比べて大きくなるので配線導体114ｂ，114ｃの静電容量が大きくなる。その結果、電気信号の伝搬速度を向上させることができず、高速に電気信号を伝送することができなという問題点があった。

また、配線導体114ｂ，114ｃの一部が埋設される構造であることから、配線導体114ｂ，114ｃの埋設部やその周辺で配線導体114ｂ，114ｃのインピーダンスが変化してしまい電気信号に反射ノイズが発生し、正確に電気信号を伝送することができないという問題点もあった。さらに、この問題点は電気信号が高速、高周波数になるにしたがいより顕著になる。

さらに、上記のサブキャリア101の構造では、配線導体114ｂ，114ｃの静電容量が大きくなり、また低減させることができないことから、電気信号の伝送時に、例えば第一の配線導体114bで伝送されるべき電気信号が、第二の配線導体114Cにも影響を及ぼす等、電気信号に干渉が発生しやすい。その結果、電気信号が忠実に伝送されないという問題点もあった。

また、従来から提案されているような、絶縁基台113の一側面および上面の二面に配線導体114ｂ，114ｃが形成されるとともに、絶縁基台113のＰＤ102が搭載される一側面の外周部をＰＤ102の厚みよりも厚いセラミック部材で囲む構造では、ＰＤ102に接続されるボンディングワイヤやＰＤ102は、光半導体装置の組立ての際の衝突等の外的要因から破壊されないように保護されるが、配線導体114ｂ，114ｃの上面は保護されていないため、衝突等の外的要因による配線導体114ｂ，114ｃの上面部においての剥離や断線が発生する問題点もあった。

したがって、本発明は上記の種々の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体装置の組立の際、光半導体素子が搭載されたサブキャリアを衝突等の外的要因から破壊されることを効果的に防止でき、歩留りや生産性が高いとともに、光−電気変換された高周波数の電気信号を正確に伝送することができる光半導体素子のサブキャリアおよび光半導体装置を提供することにある。

本発明の光半導体素子のサブキャリアは、一側面から上面にかけて形成されるとともに前記一側面の上端部から前記上面にかけて二つに分岐された分岐部を有する凹部が形成された直方体状の絶縁基台と、前記凹部の前記一側面側の底面に形成された光半導体素子の搭載部と、前記搭載部から前記凹部の一方の前記分岐部の底面にかけて該底面の形状に沿って形成された第一の配線導体と、前記凹部の前記一側面側の底面の前記搭載部に近接する部位から前記凹部の他方の前記分岐部の底面にかけて該底面の形状に沿って形成された第二の配線導体と、前記絶縁基台の前記二つの分岐部の間の部位に形成された接地導体層とを具備し、前記二つの分岐部の間の部位の前記一側面側の面は、前記一側面と面一であり、前記二つの分岐部の間の部位の上面から前記二つの分岐部の間の部位の前記一側面側の面へ連続して前記接地導体層が形成されていることを特徴とする。

本発明の光半導体素子のサブキャリアにおいては、好ましくは、前記接地導体層は、さらに前記絶縁基台の前記凹部の周囲を取り囲むように形成されているとともに、前記絶縁基台の下面に形成された下部導体層に電気的に接続されていることを特徴とする。

本発明の光半導体装置は、上面に凹所が形成されているとともに該凹所から外側面にかけて形成された貫通孔を有する基体と、前記凹所の内外を導通して前記基体に設けられたリード端子と、前記貫通孔に嵌着された筒状の光ファイバ固定部材と、前記凹所の底面に載置されるとともに前記第一および第二の配線導体が前記リード端子に電気的に接続された本発明の光半導体素子のサブキャリアと、前記第一および第二の配線導体に電気的に接続された前記光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹所の周囲に前記凹所を塞ぐように接合された蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の光半導体素子のサブキャリアは、一側面から上面にかけて形成されるとともに一側面の上端部から上面にかけて二つに分岐された分岐部を有する凹部が形成された直方体状の絶縁基台と、凹部の一側面側の底面に形成された光半導体素子の搭載部と、搭載部から凹部の一方の分岐部の底面にかけてこの底面の形状に沿って形成された第一の配線導体と、凹部の一側面側の底面の搭載部に近接する部位から凹部の他方の分岐部の底面にかけてこの底面の形状に沿って形成された第二の配線導体と、絶縁基台の二つの分岐部の間の部位に形成された接地導体層とを具備し、二つの分岐部の間の部位の一側面側の面は、一側面と面一であり、二つの分岐部の間の部位の上面から二つの分岐部の間の部位の一側面側の面へ連続して接地導体層が形成されていることから、絶縁基台の凹部に形成されている第一および第二の配線導体が全てにわたり空気中に露出する構造であり、誘電体等で埋設される部位がないことから、これらの配線導体の静電容量が増大することを抑制できるので、光半導体素子により光−電気変換された高周波数の電気信号を良好に伝搬することができる。

また、第一および第二の配線導体が誘電体等で埋設された部分でインピーダンスが大きく変化することがないので、電気信号が高い周波数で伝送された際、電気信号に反射ノイズが発生することを効果的に防止でき、正確に電気信号を伝送することができる。

さらに、絶縁基台の二つに分岐されている凹部の間の部位に接地導体層が形成され、二つの分岐部の間の部位の一側面側の面は、一側面と面一であり、二つの分岐部の間の部位の上面から二つの分岐部の間の部位の一側面側の面へ連続して接地導体層が形成されていることから、凹部の底面にこの底面の形状に沿って形成された第一および第二の配線導体に伝送される電気信号が干渉することを効果的に防止することができる。

また、第一および第二の配線導体の間に接地導体層を形成することで、インピーダンス制御に優れた、周知の配線導体の両側に接地導体を形成し構成するコプレナラインと類似の構造となり、第一および第二の配線導体を、高精度で安定した高周波伝送線路とすることができることから、反射ノイズの発生を効果的に防止することができるとともに、一層高速で、周波数の高い電気信号を伝送することができる。

絶縁基台の凹部の底面に第一および第二の配線導体や光半導体素子の搭載部が形成されることから、この搭載部に搭載される光半導体素子やこの素子と配線導体とを電気的に接続するボンディングワイヤだけではなく、光半導体装置として電気的または信号の変換特性上で重要である第一および第二の配線導体も、光半導体装置の組立の際、衝撃等の外的要因から保護することができる。その結果、歩留りや生産性が高いとともに長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるサブキャリアおよび光半導体装置を提供することができる。

本発明の光半導体素子のサブキャリアによれば、好ましくは、接地導体層はサブキャリアを実装するための下部導体層と接続されていることが望ましい。すなわち、インピーダンス制御に優れた配線状態とするには、接地導体層を光半導体装置内で電気的に接地した接続をサブキャリアに行わねばならないが、接地導体層が下部導体層と接続されていることで、サブキャリアを実装するだけで自動的に接地導体層が接地され、接地導体層の接地のための接続工程を簡略化することができる。

また、搭載部および第一、第二の配線導体の間に接地導体層が形成されていることから、光半導体装置内部や外部からの電気雑音を接地導体の存在の効果により遮断することができることから、より一層高速で、周波数の高い電気信号を伝送することができる。

本発明の光半導体装置は、上面に凹所が形成されているとともに凹所から外側面にかけて形成された貫通孔を有する基体と、凹所の内外を導通して前記基体に設けられたリード端子と、貫通孔に嵌着された筒状の光ファイバ固定部材と、凹所の底面に載置されるとともに第一および第二の配線導体がリード端子に電気的に接続された本発明の光半導体素子のサブキャリアと、第一および第二の配線導体に電気的に接続された光半導体素子と、基体の上面の凹所の周囲に凹所を塞ぐように接合された蓋体とを具備していることから、光−電気変換された電気信号を高速かつ周波数が高い状態でより正確に伝送することができるとともに、光半導体装置の組立ての際、光半導体素子が搭載されたサブキャリアを衝突等の外的要因により破壊されることを効果的に防止できる。したがって、歩留りや生産性が高いとともに長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる光半導体装置を提供することができる。

本発明のサブキャリアおよび光半導体装置について以下に詳細に説明する。なお、本実施の形態の一例においては、サブキャリアに搭載される光半導体素子としてＰＤを例に挙げて説明する。図１は本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図、図２は本発明の光半導体装置に搭載される光半導体素子のサブキャリアについて実施の形態の一例を示す斜視図である。

これらの図において、１はサブキャリア、２は光半導体素子としてのＰＤ、3aはＰＤ２の電極（図示せず）とサブキャリア１の表面の配線導体とを電気的に接続する第一のボンディングワイヤ、3bはサブキャリア１の表面の配線導体と回路基板20の回路配線とを電気的に接続するための第二のボンディングワイヤ、４はＬＤ、５はサブマウント、６は測温素子、７はペルチェ素子、８は上面の中央部に凹部を有する基体、９は蓋体、10は固定部材、11は光ファイバ、12は外部リード端子である。

また、13はサブキャリア１を構成する略直方体の絶縁基台、14aは絶縁基台13に形成された凹部15の一側面側の底面に形成された導体層としての搭載部、14bは搭載部14aから凹部15の一方の分岐部の底面にかけて形成された第一の配線導体、14cは凹部15の一側面側の底面の搭載部14aに近接する部位から凹部15の他方の分岐部の底面にかけて形成された第二の配線導体、14fは絶縁基台13の下面に形成され、基体８の凹部の底面（以下、実装面ともいう）にＡｕ−Ｓｎろう材等を介して接着固定される下部導体層、15は絶縁基台13の一側面から上面にかけて形成されるとともに一側面の上端部から上面にかけて二つに分岐された分岐部を有する凹部である。さらに、16は、二つに分岐された分岐部の間の部位や凹部15の底面に形成された搭載部14a，第一の配線導体14b，第二の配線導体14cの周囲を取り囲むように形成されている接地導体層である。

なお、搭載部14aと第一の配線導体14bとを、両者の間に空隙ができるように形成して、両者をボンディングワイヤで電気的に接続してもよい。これにより、ＰＤ102の種類の違いにより、ＰＤ102に形成される電極の極性の違いや配置の違いに対し、サブキャリア１を自由に対応させることができる。

また、第二の配線導体14cは、搭載部14aに近接する部位が第一のボンディングワイヤ3aを介してＰＤ２の受光面等に形成された電極等に電気的に接続される。第二の配線導体14cの搭載部14aに近接する部位が搭載されるＰＤ２と同じ面に形成されているので、このようにボンディングを施すことは容易である。なお、第二の配線導体14cと搭載部14aが近接しすぎると、第二の配線導体14cおよび搭載部14aに接続されている第一の配線導体14ｂの間に容量性の結合が生じるので、好ましくない。このため、第二の配線導体14cは搭載部14aから通常0.1乃至0.5ｍｍ近接させて配置される。

搭載部14ａに近接する第二の配線導体14ｃを0.1ｍｍ未満に近接させると、上記に示したように、搭載部14aに接続されている第一の配線導体14bと第二の配線導体14cとの間の容量性の結合が顕著になり、電気信号に干渉が発生しやすく電気信号が忠実に伝送されにくくなる傾向がある。また、ＰＤ２と第二の配線導体14cとをワイヤボンディングする際にボンディングワイヤ3aを保持する治具（キャピラリ）がＰＤ２に当りＰＤ２を破壊しやすくなる傾向がある。また、0.5ｍｍを超えると、ボンディングワイヤ3aの長さが長くなり、ボンディングワイヤ3aにおけるインダクタンスが高くなり外部ノイズに反応しやすくなる傾向がある。さらに、ボンディングワイヤ3aが長くなることによりワイヤループの高さも高くなることから、凹部15よりボンディングワイヤ3aが突出してしまい、光半導体装置の組立の際、衝突等の外的要因からボンディングワイヤ3aが破壊されてしまうことを効果的に防止できなくなる傾向がある。

さらに、回路基板20は、第二のボンディングワイヤ3bを介してサブキャリア１の第一の配線導体14aおよび第二の配線導体14cと電気的に接続される回路基板である。この回路基板20は、ＰＤ２により光−電気変換された電気信号を増幅したり外部リード端子への接続を容易にする等のための回路やインピーダンス整合用の線路導体等の回路配線がその上面に形成されたものであり、第一の配線導体14bおよび第二の配線導体14cを、回路基板20の回路配線に、ＡｕやＡｌ等からなる第二のボンディングワイヤ３ｂにより電気的に接続される。

本発明の光半導体素子のサブキャリア１は、一側面から上面にかけて形成されるとともに一側面の上端部から上面にかけて二つに分岐された分岐部を有する凹部15が形成された直方体状の絶縁基台13と、凹部15の一側面側の底面に形成された搭載部14aと、搭載部14aから凹部15の一方の分岐部の底面にかけてこの底面の形状に沿って形成された第一の配線導体14bと、凹部15の一側面側の底面の搭載部14aに近接する部位から凹部15の他方の分岐部の底面にかけてこの底面の形状に沿って形成された第二の配線導体14cと、絶縁基台13の二つの分岐部の間の部位に形成された接地導体層16とを具備し、二つの分岐部の間の部位の一側面側の面は、一側面と面一であり、二つの分岐部の間の部位の上面から二つの分岐部の間の部位の一側面側の面へ連続して接地導体層16が形成された構成である。

絶縁基台の二つに分岐された分岐部を有する凹部15の二つの分岐部の間の部位に接地導体層16が形成され、二つの分岐部の間の部位の一側面側の面は、一側面と面一であり、二つの分岐部の間の部位の上面から二つの分岐部の間の部位の一側面側の面へ連続して接地導体層16が形成されていることから、凹部15の底面にこの底面の形状に沿って形成された第一および第二の配線導体14ｂ，14ｃに伝送される電気信号が干渉することを効果的に防止することができる。その結果、信号変換の精度に優れ、誤動作を有効に防止できる光半導体装置とすることができる。

そして、例えば、第二の配線導体14ｃの電気信号が第一の配線導体14ｂに電磁的結合されて第一の配線導体14ｂの電気信号に干渉し、その結果、ＰＤ２の電極間に印加されるべき所定の信号波形から第一の配線導体14bおよび第二の配線導体14cの間の信号波形が歪んだ信号波形となるのを抑制して、ＰＤ２の動作を所要のものとできる。

また、第一および第二の配線導体14ｂ，14ｃの間に接地導体層16を形成することで、インピーダンス制御に優れた、周知の配線導体の両側に接地導体を形成し構成するコプレナラインと類似の構造となり、第一および第二の配線導体14ｂ，14ｃを、より高精度で安定した高周波伝送線路とすることができることから、反射ノイズの発生をさらに効果的に防止することができるとともに、より一層高速で、周波数の高い電気信号を伝送することができる。

また、本発明の光半導体装置は、上面に凹所が形成されているとともに、この凹所から外側面にかけて形成された貫通孔を有する基体８と、この凹所の内外を導通して基体８に設けられたリード端子12と、この貫通孔に嵌着された筒状の光ファイバ固定部材10と、基体８の凹所の底面（実装面）に載置されるとともに第一の配線導体14bおよび第二の配線導体14cがリード端子12に電気的に接続されたサブキャリア１と、第一の配線導体14bおよび第二の配線導体14cに電気的に接続されたＰＤ２と、基体８の上面の凹所の周囲に凹所を塞ぐように接合された蓋体９とを具備した構成である。

また、この光半導体装置は、基体８の実装面に、ＰＤ２が搭載されたサブキャリア１や，回路基板20，ＬＤ４と測温素子６とが実装されたサブマウント５がペルチェ素子７を介して搭載されており、基体８の上面に蓋体９を取着することで気密封止される。

また、絶縁基台13は、セラミックス（焼結体）等の絶縁材料から成り、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，炭化珪素（ＳｉＣ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体，ガラスセラミックス焼結体等から成る。

絶縁基台13は、例えばＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る場合であれば、主原料であるＡｌ_２Ｏ_３および焼結助剤としての酸化珪素（ＳｉＯ_２）およびマグネシア（ＭｇＯ）、さらにカルシア（ＣａＯ）等のセラミック粉末および有機溶剤，溶剤を添加混合して泥漿物を作り、従来周知のドクターブレード法によってセラミックグリーンシートを形成し、これを約1600℃の温度で焼成することによって製作される。

絶縁基台13は、例えばＡｌＮ質焼結体から成る場合であれば、主原料であるＡｌＮ粉末に焼結助剤としてのイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）およびカルシア（ＣａＯ）、さらにＭｇＯおよび有機溶剤，溶媒を添加混合して泥奨物を作り、ドクターブレード法によってセラミックグリーンシートを形成し、約1800℃で焼成することで製作される。こうして製作された絶縁基台13の熱伝導率は、主原料および焼結助剤の混合割合等によって変化させることができる。

また、凹部15は、絶縁基台13にその一側面から上面にかけてプレス金型による成型法や機械研削，サンドブラスト法等により形成される。この凹部15の深さは0.08〜１ｍｍ程度がよい。0.08ｍｍ未満では、第一のボンディングワイヤ3aやＰＤ２が絶縁基台13の表面より突出しやすくなり、ボンディングワイヤ3aやＰＤ２を光半導体装置の組立の際の衝突等の外的要因から保護することが困難となる。さらに、絶縁基台13の表面に形成する接地導体層16と第一の配線導体14bおよび第二の配線導体14cとの絶縁間隔が狭くなることから、両者の間で電気的短絡を起こしやすくなる。また、凹部15の深さが1ｍｍを超えると、第一の配線導体14bおよび第二の配線導体14cが、凹部15に深く落ち込みＰＤ２の搭載部14aへの接合やワイヤボンディングの作業性が低下する。

また、絶縁基台13の凹部15や凹部15の周囲の接地導体層16等が形成される表面の算術平均粗さＲａは0．3μｍ以下が好ましい。Ｒａが0.3μｍを超えると搭載部14ａや第一の配線導体14ｂ，第二の配線導体14c，接地導体層16，下部導体層14fの導体層と絶縁基台13との密着性が劣り、振動や衝撃等の外的要因、または熱衝撃等で生じる内部応力によりこれらの導体層が絶縁基台13から剥離しやすくなる。

また、搭載部14aおよび第一の配線導体14ｂ，第二の配線導体14c，接地導体層16，下部導体層14fの導体層は、例えば密着金属層、拡散防止層、主導体層が順次積層された３層構造から成る。

密着金属層は、絶縁基台13の表面にスパッタリング法やイオンプレーティング法等の従来周知の真空薄膜形成技術を用いて形成される。そして、密着金属層は、絶縁基台13との密着性の点から、チタン（Ｔｉ）やクロム（Ｃｒ），タンタル（Ｔａ），ニオビウム（Ｎｂ），ニッケル（Ｎｉ）−Ｃｒ合金，窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）等から成るのがよい。

また、密着金属層の厚みは0.01乃至0.2μｍ程度がよく、0.01μｍ未満では絶縁基台13と拡散防止層および主導体層とを強固に密着することが困難となり、0.2μｍを超えると成膜時の内部応力によって密着金属層が絶縁基台から剥離しやすくなる。

また、拡散防止層は、密着金属層と主導体層との相互拡散を防ぐことを目的に、上記密着金属層の表面にスパッタリング法やイオンプレーティング法等の従来周知の真空薄膜形成技術を用いて形成され、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ），Ｎｉ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔｉ−タングステン（Ｗ）合金等から成るのがよい。この拡散防止層の厚みは0.05乃至１μｍ程度が良く、0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して拡散防止層としての機能を果たしにくくなり、１μｍを超えると、成膜時の内部応力により拡散防止層が密着金属層から剥離しやすくなる。さらに、拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合、絶縁基台13と主導体層との密着性も確保できるため密着金属層を省くこともできる。

さらに主導体層は、電気抵抗の小さいＡｕやＣｕ，Ｎｉ，銀（Ａｇ）等より成るのがよく、スパッタリング法やイオンプレーティング法、電解めっき法、無電解めっき法等の従来周知の薄膜形成技術を用いて形成され、その厚みは0.1乃至10μｍ程度がよい。0.1μｍ未満では、電気抵抗が大きくなる傾向があるので導通しにくくなり、10μｍを超えると、成膜時の内部応力により主導体が拡散防止層から剥離しやすくなる。また、Ａｕは貴金属で高価であることから、製造原価の低減のために極力薄く形成することが好ましい。また、主導体層にＣｕの箔を用いた場合、絶縁基台13との密着性も確保できるため上記の密着金属層を省くことができる。また、主導体層に酸化しやすいＣｕを用いる場合、その表面にＮｉおよびＡｕから成る保護層を0.5乃至10μｍの厚みにメッキ法等で被着するのがよい。

これら密着金属層，拡散防止層，主導体層からなる搭載部14aおよび第一の配線導体14b，第二の配線導体14c，下部導体層14f，接地導体17はフォトリソグラフィ技術を用いたフォトエッチングプロセスまたはリフトオフプロセスにより形成される。また特に、搭載部14aおよび第一の配線導体14b，第二の配線導体14cは、配線導体間の絶縁性の向上や配線導体の静電容量、インピーダンスを正確に制御する目的から、凹部15の側壁の配線導体の上部（以下、側壁部ともいう）に付着しないように形成する必要がある。薄膜形成技術により形成された凹部15の側壁部の金属層を化学エッチングして除去する場合には、フォトレジストが凹部15の側壁部に残らないように除去して化学エッチングを行なう。また、凹部15の側壁部に金属層が形成されないようにする場合には、側壁部に保護金属板等のカバーマスクを装着した後にその上から真空薄膜形成したり、フォトレジスト等を凹部15の側壁部に残るようにして金属層が形成されないようにすればよい。

このようにして搭載部14aおよび第一の配線導体14b，第二の配線導体14cを成す配線導体は、絶縁基台13の一側面から上面にかけて連続した凹部15の底面形状に沿って形成されることから一側面から上面までの配線導体において、一側面と上面の配線導体の位置ずれのない連続した均一な配線導体幅で形成することができる。

さらに、搭載部14ａの表面にＰＤ２を接着固定するための低融点ろう材をスパッタリング法等により所定厚みに被着させておいてもよい。これにより、ＰＤ２を搭載部14ａに接着固定する際にろう材のプリフォームを配置する手間を省くことができる。低融点ろう材としては、Ａｕ−ゲルマニウム（Ｇｅ）合金（融点356℃）やＡｕ−シリコン（Ｓｉ）合金（融点370℃），Ａｕ−Ｓｎ合金（融点280℃），Ｐｂ−Ｓｎ合金（融点183℃），インジウム（Ｉｎ）−Ｐｂ合金（融点172℃），Ｉｎ（融点157℃）等が好ましい。400℃を超えると、ＰＤ２の素子内部の配線絶縁破壊を起こしやすくなるが、これら上記ろう材は融点が400℃以下であるため、接着温度を低くすることができる。その結果、ＰＤ２が熱破壊されることを防止できるとともに、接着工程において、ろう材を溶融させるための加熱昇温時間および冷却時間を短くすることができるので、製造費を低減することができる。

また、第二の配線導体14cは、凹部15の他方の分岐部の底面からはみ出ることなく形成されるのがよい。これにより、第一の配線導体14bと第二の配線導体14cとの間を広く絶縁基台13で囲うことができ、絶縁性の向上や配線導体の静電容量を低減することができるので、電気信号を高速に伝送することができる。また、凹部15の底面に第一および第二の配線導体14c，14bが形成されるので、これらが凹部15の底面からはみ出ることなく形成するのは容易であると同時に凹部15の底面形状に応じて第一および第二の配線導体14c，14bの幅を正確に形成することができ、これら配線導体14c，14bのインピーダンス等を正確に制御することができる。

本発明の基体８は、Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体やＡｌＮ質焼結体，ムライト質焼結体，ＳｉＣ質焼結体，Ｓｉ_３Ｎ_４質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、またはＣｕを含浸させたタングステン多孔質体、鉄（Ｆｅ）−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属から成る。また、基体８は、その上面に部品を収容するための凹所が形成されており、この基体８の底板部と側壁部とは別個に形成され、しかる後、接合されたものであってもよい。この場合、基体８の底板部と側壁部とは同じ材料から形成されていてもよいし、異なる材料から形成されていてもよい。ただし、異なる材料で形成する場合は両者の熱膨張係数差ができるだけ小さい組合せにすることが好ましい。

基体８の実装面には、回路基板20とペルチェ素子７とが接着固定されている。ペルチェ素子７は、ＬＤ４が安定して発光するように、ＬＤ４を所定の温度に冷却または加熱するための熱ポンプとして機能し、測温素子６により測定したＬＤ４の温度を検知し、ＬＤ４が所定の温度となるように冷却または加熱する。そして、このペルチェ素子７の上面には、サブマウント５が搭載されており、サブマウント５上にＬＤ４および測温素子６が隣接して設置される。

外部リード端子12は、基体８の底板部や側壁部貫通するピン状のものであり、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から形成されている。または基体８の凹所の内周面から外周面に導出されたメタライズ層等の配線導体から形成されていてもよい。

また、外部リード端子12は、基体８の実装面で回路基板20やＬＤ４等の部品と電気的に接続されている。

本発明のサブキャリア１においては、接地導体層16は、さらに絶縁基台13の凹部15の周囲を取り囲むように形成されているとともに、絶縁基台13の下面に形成された下部導体層14fに電気的に接続されているのがよい。

このような、接地導体層16は、下部導体層14fと接続していることで、サブキャリア１を実装するだけで自動的に接地導体層16が接地され、接地導体層16の接地のための接続工程を簡略化することができる。また、第一および第二の配線導体14b，14cに伝送される電気信号が干渉することを効果的に防止することができる。その結果、信号変換の精度に優れ、誤動作を有効に防止することができる。

光半導体装置の内部や外部からの電気雑音ノイズを接地導体層16の存在の効果により遮断することができることから、より一層高速で、高周波数の電気信号を伝送することができる。

また、この接地導体層16は、絶縁基台13の全ての側面の表面に形成されていてもよい。これにより、さらに光半導体装置の内部や外部からの電気雑音を遮断することができることから、信号変換の精度を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す断面図である。本発明のサブキャリアについて実施の形態の一例を示す斜視図である。従来の光半導体装置の例を示す断面図である。従来のサブキャリアの例を示す斜視図である。

符号の説明

１：サブキャリア
２：ＰＤ
４：ＬＤ
８：基体
９：蓋体
13：絶縁基台
14a：搭載部
14b：第一の配線導体
14c：第二の配線導体
15：絶縁基台の凹部
16：接地導体層

Claims

一側面から上面にかけて形成されるとともに前記一側面の上端部から前記上面にかけて二つに分岐された分岐部を有する凹部が形成された直方体状の絶縁基台と、前記凹部の前記一側面側の底面に形成された光半導体素子の搭載部と、前記搭載部から前記凹部の一方の前記分岐部の底面にかけて該底面の形状に沿って形成された第一の配線導体と、前記凹部の前記一側面側の底面の前記搭載部に近接する部位から前記凹部の他方の前記分岐部の底面にかけて該底面の形状に沿って形成された第二の配線導体と、前記絶縁基台の前記二つの分岐部の間の部位に形成された接地導体層とを具備し、前記二つの分岐部の間の部位の前記一側面側の面は、前記一側面と面一であり、前記二つの分岐部の間の部位の上面から前記二つの分岐部の間の部位の前記一側面側の面へ連続して前記接地導体層が形成されていることを特徴とする光半導体素子のサブキャリア。
前記接地導体層は、さらに前記絶縁基台の前記凹部の周囲を取り囲むように形成されているとともに、前記絶縁基台の下面に形成された下部導体層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子のサブキャリア。
上面に凹所が形成されているとともに該凹所から外側面にかけて形成された貫通孔を有する基体と、前記凹所の内外を導通して前記基体に設けられたリード端子と、前記貫通孔に嵌着された筒状の光ファイバ固定部材と、前記凹所の底面に載置されるとともに前記第一および第二の配線導体が前記リード端子に電気的に接続された請求項１または請求項２記載の光半導体素子のサブキャリアと、前記第一および第二の配線導体に電気的に接続された前記光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹所の周囲に前記凹所を塞ぐように接合された蓋体とを具備していることを特徴とする光半導体装置。