JP4728625B2 - Optical semiconductor device and optical module using the same - Google Patents
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Description
本発明は、主として光ファイバ通信に適用される光半導体装置およびそれを用いた光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device mainly applied to optical fiber communication and an optical module using the same.
近年の光ファイバ通信の普及に伴い、多数の光素子を高密度に集積する技術が求められている。また同時に、故障の少ない、高い信頼性を持つ光半導体装置、光モジュールが求められている。 With the spread of optical fiber communication in recent years, a technique for integrating a large number of optical elements at a high density is required. At the same time, there is a need for an optical semiconductor device and an optical module with high reliability and few failures.
従来の光半導体装置およびそれを用いた光モジュールに関する文献しては、例えば特許文献1,2がある。
For example,
まず、特許文献1に記載された従来例における光半導体装置および光モジュールについて、図1を参照して以下に説明する。図1は、光半導体装置を含む光モジュール11の構造を示している。ここでいう光半導体装置とは、受発光面17を有する光半導体素子13、あるいは光半導体素子アレイ15のことであり、光モジュール11は、この光半導体装置13および/または15、光導波路19を有する基板21、および金属配線23とで構成される。
First, an optical semiconductor device and an optical module in a conventional example described in Patent Document 1 will be described below with reference to FIG. FIG. 1 shows the structure of an
光半導体素子13は半導体レーザやフォトダイオードなどの単体の光素子で、一般に1辺が0.5mm×0.5mm×0.2mm角程度の半導体チップである。光半導体素子13において、近赤外光でのファイバ通信を行うためには一般にインジウム燐やガリウム砒素などの半導体がその構成材料として用いられる。一方、光半導体素子アレイ15は複数の光半導体素子13が同一半導体チップ上に集積されたもので、そのサイズは例えば4チャネルアレイでは一般に0.5mm×2.0mm×0.2mm程度である。
The
光半導体装置13および/または15は通常、その受発光面17を基板21側に向けて搭載し、基板21上の光導波路19と光学的に接続する。同時に、光半導体装置は、同基板21上に形成された金属配線23にハンダや金バンプなどを介して電気的に接続することにより、光モジュール11として、光の送受信動作を行うことができる。本構成に用いられる光半導体装置は、大きさがチップサイズであるので非常に小型である。とりわけ、光半導体素子アレイ15を用いた光半導体装置は光導波路19基板21への集積度が高い。
The
次に、特許文献2に記載の従来例における光半導体装置について図2を参照して以下に説明する。図2は、光半導体装置の構造を示す断面図である。この光半導体装置は、受発光面17を有する光半導体素子アレイ15、金属配線23、筐体25、蓋27、窓29、接合剤31、リードピン33、およびボンディングワイヤ35とで構成されている。筐体25、および蓋27にはアルミニウム、または銅タングステンなどの金属が用いられる。窓29は近赤外光が透過することができる材料が使用される。主に、石英ガラスやサファイアなどが窓29材として用いられる。窓29は蓋27の内側に接合剤31を介して接合され、さらに接合剤31を介して蓋27と筐体25とが接合されることにより、光半導体素子アレイ15は封止される。光半導体素子アレイ15の各光半導体素子は、それぞれ筐体25底部に形成された金属配線23上に搭載され、その受発光面17は窓29の方向を向いている。光半導体素子の電極(図示しない)とリードピン33はボンディングワイヤ35によって電気的に接続される。リードピン33は筐体25内部から外部へ貫通しており、複数のリードピン33のその一部または全部は、筐体25と絶縁されている。光半導体素子アレイ15は上述のように複数の光半導体素子が同一半導体チップ上に集積されたもので、そのサイズは例えば4チャネルアレイでは0.5mm×2.0mm×0.2mm程度である。またリードピン33の径は各0.8mm程度で、おのおの2.5mm程度の間隔で配置されている。また、筐体25のサイズは10mm×15mm×5mm程度である。
Next, an optical semiconductor device in the conventional example described in
ここで、筐体25、蓋27、窓29は高い気密性を有し、また蓋27と窓29、および蓋27と筐体25を接合する接合剤31も高い気密性を有している。その結果、光半導体素子アレイ15は高い気密性で気密封止され、外部環境から保護されることができる。これによって、この光半導体装置は高い信頼性を得ることができる。
Here, the
次に、図3に、1素子のみの光半導体素子13を気密封止した従来の光半導体装置の構造を示す。この構造は参考文献として挙げなかったが、TO−CANとして広く知られている。蓋27が円筒形をしている他は、上記の特許文献2のものとほぼ同様の構成である。筐体25の直径は、小さいものでも3mm程度である。ここで筐体25、蓋27、窓29は高い気密性を有し、また蓋27と窓29、蓋27と筐体25を接合する接合剤31も高い気密性を有している。その結果、光半導体素子13は高い気密性で気密封止され、外部環境から保護することができる。これによって、この光半導体装置は高い信頼性を得ることができる。
Next, FIG. 3 shows the structure of a conventional optical semiconductor device in which only one
次に、これら図2もしくは図3に示した光半導体装置を組み込んだ従来の光モジュール11の構造を、図4を参照して説明する。光モジュールは、光半導体装置と、基板21と、第2の基板37、および光半導体装置と基板21を接着する接着剤39とで構成されている。ここでは、簡単のために、光半導体装置は図3に示した構成のものを用いた。すなわち、図4の光半導体装置は、受発光面17を有する光半導体素子13、金属配線23、筐体25、窓29、接合剤31、リードピン33、およびボンディングワイヤ35とで構成されている。基板21は、例えば石英ガラスなど、光を透過する材料を用いている。光半導体装置は、その窓29を図面の下向きにして基板21と接着している。また、リードピン33に第2の基板37を接続している。
Next, the structure of the conventional
図4の光モジュールの動作について以下に説明する。光半導体素子13に入力、あるいは出力される光は、基板21を通して光ファイバなどの光素子(図示しない)と光学的に接続する。また、光半導体素子13は、リードピン33と第2の基板37を介して電気的な入出力を行うことができる。
The operation of the optical module in FIG. 4 will be described below. Light input to or output from the
このTO−CANなどの光半導体装置の応用として、窓29にレンズを付けた構成も従来から提案されている。図5に、そのレンズ41が付いた光半導体装置を組み込んだ従来の光モジュールの構造を示す。図5において、図4と異なるのは、光半導体装置の窓29にレンズ41が一体的に付加されていることである。レンズ41を用いることによって、LD(レーザーダイオード)13と光ファイバ(図示しない)との接続など、スポットサイズの異なる物体間を良好に光結合させることが可能となる。
As an application of this optical semiconductor device such as TO-CAN, a configuration in which a lens is attached to the
図1に示した従来の光半導体装置13、15および光モジュールは、光半導体装置13、15のサイズが小さいという利点を有しているが、光半導体装置13、15が気密封止されていないために、光半導体素子が劣化し易く、その信頼性を確保できないという課題があった。光半導体装置13、15を気密封止する手段としは、図1の光モジュールの全体を気密化する方法が考えられるが、大きい寸法の基板21を含めて気密封止する手段を採用すると、コストが上昇するという課題があった。また、光半導体装置13、15の周辺に樹脂(図示しない)を塗布して保護するという手段も考えられるが、その場合には気密性が悪く、やはり信頼性を確保できないという課題があった。
The conventional
一方、図2および図3に示した光半導体装置13、15については、窓29材と封止材料である蓋27とが別々であるため、窓29と蓋27との間にのりしろが必要になり、装置が大型になるという課題があった。また、図2の光半導体装置においては気密封止により信頼性は確保できるものの、リードピン33の径が0.8mm程度と太いため、リードピン33の間隔を近接させることが困難であり、そのため筐体25のサイズが光半導体素子アレイ15のサイズに比べて大きくなってしまうという課題があった。そこで、リードピン33の径をより細くすることも可能だが、そうするとリードピン33の強度が弱くなるため、ピンの曲がりや破断が発生しやすくなるという課題があった。また、窓29と筐体25の接合部分(のりしろ)が光の入出力を妨げるので、充分な光量の光を入出力させるためには、筐体25の寸法を大きくしなければならないという課題もあった。一方、筐体25の寸法を大きくする代わりに、窓29と蓋27の接合部分を少なくすることによっても入出力される光量を調節することも可能だが、接合部分が少なくなったことにより、接合時の気密性が劣化するという課題があった。
On the other hand, in the
また、図4に示した従来の光モジュールについては、光の入出力を行う基板21と、電気の入出力を行う基板37とを別々に用意する必要があるため、コストが高くなるという課題があった。さらに、基板21、37が二つに分かれているために、両者の支えをリードピン33と接着剤39が担うことになるが、接着剤39に対して必要以上の応力がかかる可能性があり、そのため接着剤39がはがれる、もしくは劣化することにより、少なくとも光結合が変化して損失が増加してしまうという課題があった。さらには、基板21、37が二つに分かれていることで、リードピン33にも無視できない応力負荷がかかるため、リードピン33の径を太くする必要があった。そのため、リードピン33の間隔を近接させることができず、それにより、光半導体装置のサイズが大きくなってしまうという課題があった。また、基板21の上方に光半導体素子13の筐体25、リードピン33、さらには第2の基板37とが接続されるため、その方向における光モジュールの寸法が大きくなってしまうという課題があった。さらには、蓋27の内側に窓29を接合しているため、窓29と基板21間に大きな面積の接着剤39層が生じる。この接着剤39層の存在により、光の伝播距離が増加して、光損失が増加してしまうという課題があった。さらに加えて、蓋27が金属で出来ているので、光半導体装置と基板21の接着に紫外線(UV)硬化樹脂65を使用することが困難であった。とりわけ、基板21にUVを透過しない材質を用いた場合には、窓29と基板21間をはじめ、光半導体装置と基板21間にUVを照射することができないので、UV硬化樹脂(図示しない)による両者の接着は極めて困難であるという課題があった。
Further, in the conventional optical module shown in FIG. 4, it is necessary to prepare the
また、図5に示した光モジュールの従来例においては、レンズ41が蓋27の外形より外側に出張るため、光半導体装置と基板21間の接着面がレンズ41の頂点のみになり、接着強度が非常に弱くなってしまうという課題があった。さらに、光半導体装置と基板21間に接着剤39を用いている図5の構成では、レンズ41の周りを接着剤39が覆うため、レンズ41の焦点距離などが変化して、良好な光結合が得られないという課題があった。
In the conventional example of the optical module shown in FIG. 5, since the
本発明は、従来技術で生じるこれらの課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光半導体素子の寸法に極めて近いサイズであって、高い集積度と良好な信頼性を有する光半導体装置、およびそれを用いた光モジュールを提供することにある。 The present invention has been made in view of these problems occurring in the prior art, and its object is a size extremely close to the size of an optical semiconductor element, which has a high degree of integration and good reliability. A semiconductor device and an optical module using the same are provided.
上記目的を達成するため、本発明の光半導体装置の第1の態様は、一方向のみが開口した中空の筐体と、光を透過する窓部を備え前記筐体の開口部分を塞いで密閉する光が透過できる材質からなる蓋と、受光面もしくは発光面の少なくともいずれかである受発光面を有し、該受発光面を前記窓部に向けて前記筐体の内側底面上に配置された光半導体素子と、前記光半導体素子に接続し前記筐体の内部から該筐体の外部へ貫通して該筐体の外部表面上に延長して設置された金属配線とを具備し、前記蓋の前記光半導体素子側の面に、遮光用金属部および該遮光用金属部の周囲に前記筐体との接合用金属部が形成され、前記遮光用金属部により前記蓋の一部として前記窓部が定められていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first aspect of the optical semiconductor device of the present invention includes a hollow casing that is open in only one direction and a window that transmits light, and closes the opening of the casing. And a lid made of a material that can transmit light, and a light receiving / emitting surface that is at least one of a light receiving surface and a light emitting surface, and the light receiving / emitting surface is disposed on the inner bottom surface of the casing with the window facing the window. An optical semiconductor element, and metal wiring connected to the optical semiconductor element and extending from the inside of the casing to the outside of the casing and extending on the outer surface of the casing, A light shielding metal portion and a metal portion for joining to the casing are formed around the light shielding metal portion on the surface of the lid on the optical semiconductor element side, and the light shielding metal portion serves as a part of the lid. A window portion is defined.
前記窓部は、紫外線を透過する材質で構成されていることを特徴とすることができる。
The window portion may be made of a material that transmits ultraviolet rays.
前記金属配線は、前記筐体の外周表面の隣接する少なくとも2面に渡って配置されていることを特徴とすることができる。 The metal wiring may be arranged over at least two adjacent surfaces on the outer peripheral surface of the housing.
前記筐体の内部に金属配線を有する台座が設置されていることを特徴とすることができる。 A pedestal having metal wiring is installed inside the housing.
前記光半導体素子は複数の前記受発光面を持つ光半導体素子アレイであることを特徴とすることができる。 The optical semiconductor element may be an optical semiconductor element array having a plurality of light receiving / emitting surfaces.
前記光半導体素子は前記筐体内に複数個搭載されていることを特徴とすることができる。 A plurality of the optical semiconductor elements may be mounted in the casing.
前記窓部には、前記光半導体素子の前記受発光面に向かって凸状に突出したレンズ構造体が一体に形成されていることを特徴とすることができる。
The window portion may be integrally formed with a lens structure projecting in a convex shape toward the light emitting / receiving surface of the optical semiconductor element.
前記光半導体素子の周辺に樹脂がレンズ形状を有して塗布されていることを特徴とすることができる。 A resin may be coated around the optical semiconductor element with a lens shape.
前記窓部は、傾斜した面を有することを特徴とすることができる。
The window may be characterized by having an inclined surface.
さらに、本発明において、前記窓部を有する前記蓋は、前記筐体の開口端部よりも寸法が大きく、かつ該窓部を通じてU V 光を透過することを特徴とすることができる。
Further, in the present invention, the lid having the window portion, the larger dimension than the opening end of the housing, and can be characterized by passing through the U V light through window portion.
また、前記窓部を有する前記蓋は、前記筐体の開口端部よりも寸法が大きく、かつ該筐体の外側位置に位置合わせ用マーカを有することを特徴とすることができる。
Further, the lid having the window portion may be larger in size than the opening end portion of the casing, and may include an alignment marker at an outer position of the casing.
また、前記窓部の表面に、フィルタを配設していることを特徴とすることができる。
Further, a filter may be disposed on the surface of the window portion .
本発明の光モジュールは、請求項1 から12 のいずれかに記載の光半導体装置と、前記金属配線と接続する第2 の金属配線を有する基板と、前記光半導体装置と前記基板を接着する接着剤とを具備することを特徴とする。 The optical module of the present invention adheres the optical semiconductor device according to claim 1 1 2 of a substrate having a second metal wiring connected to the metal wiring, the substrate and the optical semiconductor device And an adhesive.
ここで、前記光半導体装置の入出力光が、前記基板に対して水平方向になるように、該光半導体装置を該基板に搭載したことを特徴とすることができる。 Here, the optical semiconductor device may be mounted on the substrate so that input / output light of the optical semiconductor device is in a horizontal direction with respect to the substrate.
本発明の構成では、窓材と封止材料の蓋とを同一材料を使用して構成したので、光半導体装置を小型化できる。また、光半導体素子は高い気密性で気密封止され、光半導体装置の信頼性を向上することが可能となる。また金属膜を蒸着によって蓋の外周に作製することにより、半田を用いた高い気密性を持つ接合を得ることができる。また、リードピンを用いないため光半導体装置の寸法を小型化することが可能となる。さらに、筐体表面と蓋表面を接合剤を介して接合するため、窓と筐体の接合部分が光の入出力を妨げるという問題を回避することが出来、筐体の寸法を小型化できる。また、筐体との接合と光の入出力という2つの作用を同一の材料で実現可能となるため、材料コストを低減することが可能となる。さらに、窓の開口面積を金属の蒸着領域を変えることによって調整できるため、光半導体装置を入出力する光量を自由に設計できることが出来る。しかも接合用金属部と遮光用金属部を一回の金属蒸着工程によって形成することが出来るため、作製工程が簡略化できる。光の入出力を行う基板と、電気の入出力を行う基板が同一になるため、光モジュールのコストを削減することが可能であると共に、接着剤がはがれたり劣化することを防止することが可能である。さらには、窓の表面に、光導波路を有する基板や光ファイバを近接して接着することができるため、光損失を抑えることができ、モジュールが小型化できる。さらに、光半導体装置と基板の接着に紫外線(UV)硬化樹脂を使用することが出来る。 In the configuration of the present invention, since the window material and the lid of the sealing material are configured using the same material, the optical semiconductor device can be reduced in size. Further, the optical semiconductor element is hermetically sealed with high airtightness, and the reliability of the optical semiconductor device can be improved. Further, by forming a metal film on the outer periphery of the lid by vapor deposition, a highly airtight joint using solder can be obtained. Further, since no lead pin is used, the size of the optical semiconductor device can be reduced. Furthermore, since the housing surface and the lid surface are joined via a bonding agent, the problem that the joint between the window and the housing hinders input / output of light can be avoided, and the size of the housing can be reduced. In addition, since the two actions of bonding to the housing and light input / output can be realized with the same material, the material cost can be reduced. Further, since the opening area of the window can be adjusted by changing the metal vapor deposition region, the amount of light input / output to / from the optical semiconductor device can be freely designed. In addition, since the bonding metal portion and the light shielding metal portion can be formed by a single metal vapor deposition step, the manufacturing process can be simplified. Since the substrate that inputs and outputs light is the same as the substrate that inputs and outputs electricity, the cost of the optical module can be reduced and the adhesive can be prevented from being peeled off or deteriorated. It is. Further, since a substrate having an optical waveguide or an optical fiber can be adhered close to the surface of the window, light loss can be suppressed and the module can be downsized. Furthermore, an ultraviolet (UV) curable resin can be used for bonding the optical semiconductor device and the substrate.
本発明において、光半導体装置の入出力光が、基板に対して水平方向になるように、光半導体装置を基板に搭載した構成では、さらに光半導体装置の設置方向の自由度を増加することが出来る。 In the present invention, the configuration in which the optical semiconductor device is mounted on the substrate so that the input / output light of the optical semiconductor device is in the horizontal direction with respect to the substrate may further increase the degree of freedom in the installation direction of the optical semiconductor device. I can do it.
本発明の筐体の内部に金属配線を有する台座が設置される構成では、さらにボンディング装置のツールが筐体にぶつかることを防止することができる。このことは、筐体をより小型化できる。 In the configuration in which the pedestal having the metal wiring is installed inside the casing of the present invention, it is possible to further prevent the tool of the bonding apparatus from hitting the casing. This can further reduce the size of the housing.
本発明の光半導体素子として光半導体素子アレイを用いた構成では、さらに一度で全ての光半導体素子を気密封止することができる。また、個別に気密封止した光半導体装置をアレイ化に配列する小型化することが可能である。 In the configuration using the optical semiconductor element array as the optical semiconductor element of the present invention, all the optical semiconductor elements can be hermetically sealed at once. Further, it is possible to reduce the size of the optical semiconductor devices individually hermetically sealed in an array.
本発明の複数の光半導体素子を一つの筐体内に密封する構成では、さらに、個別に気密封止した光半導体装置をアレイ化に配列するより小型化することが可能である。さらに光半導体素子アレイを使用する場合に比べ、素子内でのリーク電流が削減でき、隣接チャネル間のクロストークが削減できる。 In the configuration in which a plurality of optical semiconductor elements of the present invention are sealed in a single housing, it is possible to further reduce the size of the optical semiconductor devices individually hermetically sealed in an array. Furthermore, compared with the case where an optical semiconductor element array is used, leakage current in the element can be reduced, and crosstalk between adjacent channels can be reduced.
本発明の受発光面に向かって窓にレンズを形成した構成では、レンズによって光の入出力における受発光効率をさらに向上することができる。またレンズが筐体の外形より出張ることがないので光半導体装置の寸法を増加させる必要がないばかりか、光半導体装置と基板間の接着面が蓋前面となり良好な接着性を確保でき、さらには、窓と基板間に生じる接着剤層を薄くすることが可能である。加えて、レンズは高い気密性を持つ窓と筐体の空隙領域に設置されるため、長期的に安定したレンズ効果を得ることが可能である。さらには、レンズの周りを接着剤が覆うことがないため、従来懸念されていた焦点距離の変化、光結合の劣化を回避することが可能である。 In the configuration in which the lens is formed on the window toward the light emitting / receiving surface of the present invention, the light emitting / receiving efficiency in light input / output can be further improved by the lens. In addition, since the lens does not travel from the outer shape of the housing, there is no need to increase the size of the optical semiconductor device, and the adhesive surface between the optical semiconductor device and the substrate becomes the front of the lid, ensuring good adhesion. Can thin the adhesive layer formed between the window and the substrate. In addition, since the lens is installed in the gap region between the window and the casing having high airtightness, it is possible to obtain a stable lens effect for a long time. Furthermore, since the adhesive does not cover the lens, it is possible to avoid the change in focal length and the deterioration of optical coupling, which have been a concern in the past.
本発明の光半導体素子の受発光面にレンズ状に樹脂を塗布した構成では、さらに、レンズによる集光作用が得るだけでなく、樹脂により光半導体素子、ボンディングを保護することができ、振動・衝撃等による断線を防止することが出来る。 In the configuration in which the resin is applied to the light receiving / emitting surface of the optical semiconductor element of the present invention, the optical semiconductor element and bonding can be protected not only by the lens but also by the resin. Disconnection due to impact or the like can be prevented.
本発明の窓に傾斜を形成した構成では、外部との光入出力時に窓端面において生じる反射による受発光面への戻り光、外部への戻り光を防止することが出来る。 With the configuration in which the window is inclined according to the present invention, it is possible to prevent return light to the light emitting / receiving surface and return light to the outside due to reflection generated on the window end face when light is input / output to / from the outside.
本発明の蓋の窓、または筐体の窓の表面に光半導体素子を搭載した構成では、さらに、これまでの構成に比較して、光の伝播距離が短くなるため、伝播損失が減少し、受発光効率を向上することが出来る。 In the configuration in which the optical semiconductor element is mounted on the surface of the lid window of the present invention or the window of the housing, the propagation distance of light becomes shorter compared to the previous configuration, so that the propagation loss is reduced. The light emitting / receiving efficiency can be improved.
本発明の蓋の寸法は筐体より大きくした構成では、さらに、UV光を基板垂直方向から照射することができ、蓋と基板の良好で均一な接着性を得ることができる。 In the configuration in which the dimension of the lid of the present invention is larger than that of the casing, UV light can be further irradiated from the direction perpendicular to the substrate, and good and uniform adhesion between the lid and the substrate can be obtained.
本発明の蓋の寸法は筐体より大きくし、マーカを取り付けた構成では、さらに、精度の良い光半導体装置と基板間の固定が可能である。また、蓋の寸法は筐体より大きいため、光学顕微鏡など低コストな光学装置によっても位置合わせ用マーカを観察、認識することが可能となる。 The size of the lid of the present invention is larger than that of the housing, and in the configuration in which the marker is attached, the optical semiconductor device and the substrate can be more accurately fixed. Further, since the size of the lid is larger than that of the housing, the alignment marker can be observed and recognized even by a low-cost optical device such as an optical microscope.
このように、本発明により、高い気密性、信頼性、小型、低コスト、高性能な機能を有する光半導体装置、およびそれを用いた光モジュールを提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an optical semiconductor device having high airtightness, reliability, small size, low cost, and high performance, and an optical module using the same.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の光半導体装置およびそれを用いた光モジュールにおける、第1の実施形態を図6から図8に示す。
(First embodiment)
A first embodiment of an optical semiconductor device and an optical module using the same according to the present invention is shown in FIGS.
図6に示す光半導体装置は、溝51を有する箱型の筐体25、窓29を有する平板な蓋27、接合剤31、受発光面17を有する光半導体素子13、金属配線23、およびボンディングワイヤ35とで構成される。
The optical semiconductor device shown in FIG. 6 includes a box-shaped
筐体25は、直方体の上面に溝(開口穴、空室、または空所等とも称する)51が形成された、枡あるいは箱の形状を有する。筐体25の外形寸法は1mm×1mm×0.5mmで、筐体25の溝51の寸法は0.8mm×0.8mm×0.4mmである。筐体25の材質として、例えばアルミナ系セラミックスが使用される。筐体5の溝51を覆おう蓋27は、その内側に赤外光を透過する窓29を一体に有しており、その構造の詳細は後述する。
The
筐体5と蓋27とを接合するための接合剤31は、筐体25の上部表面と蓋27の表面の接触部に挿入するためにリング状の形状をしており、その材料は金属半田である。加熱処理により接合剤31は融解し、筐体25と蓋27を接合する。光半導体素子13はレーザやフォトダイオードなどの光素子で、0.5mm×0.5mm×0.2mm程度の半導体チップである。従って、光半導体素子13の体積は、筐体25のほぼ1/10である。光半導体素子13は近赤外光でのファイバ通信を行うために、その材料は一般にインジウム燐やガリウム砒素などの半導体が用いられる。
The
筐体25の溝51底面には金属配線23が蒸着によって形成される。金属配線23はアノード側、カソード側の2極で構成される。さらに、これら金属配線23は筐体25を貫通して、筐体25の裏面(図示しない)にまで延長されている。各電極の面積は0.1mm角で、両者の間隔は0.3mmである。筐体25の裏面まで延長される両金属配線23の各配線幅も同様に0.1mmで、両金属配線23の間隔も0.3mmである。光半導体素子13は、その受発光面17を窓29に向けて筐体25の溝51底面の所定位置(例えば、中央位置)に固定される。光半導体素子13の電極と金属配線23はボンディングワイヤ35によって接続される。
次に、蓋27の構造について詳細に説明する。図7に本実施形態における光半導体装置の蓋27と窓29に関する構造を示す。蓋27は、赤外光を透過する窓29と、接合用金属部53と、遮光用金属部55とで構成される。蓋27は、全体がサファイアで構成されており、外形寸法は1mm×1mm×0.2mmである。蓋27の周縁に外側の接合用金属部53と内側の遮光用金属部55とが、一回の金属蒸着工程によって形成されている。その結果、金属蒸着されない領域が窓29として赤外光を透過することが出来る。接合用金属部53は、上記の接合剤31と接触し、蓋27と筐体25との接合の役割を果たす。遮光用金属部55は光の入出力の開口面積を調節する役割を果たす。
Next, the structure of the
また、蓋27は全体がサファイアで構成されているが、これに限らず、UV光が良好に透過できる材質を選択することができる。
The
本実施形態の光半導体装置の動作を簡単に説明する。電気の入出力は筐体25の外部表面の金属配線23(後述の図8を参照)と外部装置(図示しない)を電気的に接続することによって行う。また、光の入出力は赤外光を透過する窓29を介して、光半導体素子(例えば、発光ダイオード)13から発光、もしくは光半導体素子(例えば、フォトトランジスタ)13で受光される光を外部装置(図示しない)と光学的に接続することによって行う。
The operation of the optical semiconductor device of this embodiment will be briefly described. Electric input / output is performed by electrically connecting a metal wiring 23 (see FIG. 8 described later) on the outer surface of the
次に、図6に示した光半導体装置を用いた光モジュールの実施形態について図8を用いて説明する。この光モジュールは、光半導体素子13等を含む光半導体装置と、第2の金属配線57を有する基板21と、その光半導体装置と基板21を接着する接着剤39と、第2のボンディングワイヤ59とで構成されている。光半導体装置は図6と同様、溝51を有する筐体25、窓29を有する蓋27、接合剤31、受発光面17を有する光半導体素子13、金属配線23、およびボンディングワイヤ35とで構成されている。
Next, an embodiment of an optical module using the optical semiconductor device shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. This optical module includes an optical semiconductor device including the
基板21は、例えば石英ガラスなど、光を透過する材料が用いられる。光半導体装置は、その窓29と基板21が向かい合うようにし、接着剤39を介して基板21と接着する。また、光半導体装置の金属配線23と第2の金属配線57とを第2のボンディングワイヤ59で接続する。
The
光モジュールの動作について以下に簡単に説明する。電気の入出力は第2の金属配線57と外部装置(図示しない)とを電気的に接続することによって行う。また、光の入出力は赤外光を透過する窓29と基板21を介して、光半導体素子13から発光、もしくは光半導体素子13で受光される光を外部装置(図示しない)と光学的に接続することによって行う。
The operation of the optical module will be briefly described below. Electric input / output is performed by electrically connecting the
以上述べたように、図6に示すような光半導体装置の構成にすれば、窓29材と封止材料の蓋27とが同一材料であるため、光半導体装置が小型化できる。また、この光半導体装置においては、光半導体素子13を箱型の筐体25の溝51と蓋27とで囲まれた高い気密性を有する空隙内に設置することができるため、光半導体素子13は高い気密性で気密封止され、外部環境から保護されることができる。これによって、光半導体素子13の劣化を防止することが可能となり、光半導体装置の信頼性を向上することが可能となる。
As described above, if the configuration of the optical semiconductor device as shown in FIG. 6 is used, the optical semiconductor device can be miniaturized because the
また、外部装置との電気接続に、リードピン(図4の33を参照)を用いずに、筐体25上に形成した金属配線23を用いるようにしたので、0.3mm程度、もしくはそれ以下に配線間隔を近接させることが可能となる。そのため、筐体25の寸法を小型化することができ、ひいては光半導体装置の寸法を小型化することが可能となる。また、金属配線23は筐体25上に金属蒸着されているので、従来例において懸念されたリードピンの曲がりや破断等の破壊が発生しない。
In addition, since the
さらに、筐体25の開口部の上面と蓋27の裏面とを接合剤31を介して接合しているので、窓29と蓋27との接合部分(のりしろ)が光の入出力を妨げるという従来の問題点を回避することが出来る。そのため筐体25の寸法を小型化でき、充分な接合力を確保した上で、高い気密性を有する光半導体装置の作製が可能となる。
Furthermore, since the upper surface of the opening of the
また、図7に示した蓋27の構造から得られる効果として、金属膜を蒸着によって蓋27の外周に作製することにより、半田を用いた高い気密性を持つ接合を得ることができる。また、金属膜の蒸着を利用することで、蓋27の筐体25との接合と、光の入出力という2つの作用を同一の材料で実現可能となるため、材料コストを低減することが可能となる。さらに、窓29の開口面積を金属の蒸着領域を変えることによって容易に調整できるため、光半導体装置を入出力する光量を自由に設計することが出来る。しかも、接合用金属部53と遮光用金属部55を一回の金属蒸着工程によって形成することが出来るため、作製工程が簡略化できる。
Further, as an effect obtained from the structure of the
また、図8に示したような光モジュールの構成とすれば、光の入出力を行う基板21と、電気の入出力を行う基板とが同一になるため、コストを削減することが可能となる。また、基板21が従来と異なって二つに分かれていないので、接着剤39、金属配線23、ボンディングワイヤ35等に応力はほとんどかからない。その結果、応力により接着剤39がはがれる、もしくは劣化することにより、少なくとも光結合が変化して損失が増加するという従来の問題を回避することができる。さらには、リードピンの曲がりや破断等の破壊を懸念する必要がないため、光半導体装置のサイズを小型化することが出来る。しかも、基板21の上方には光半導体素子13のみが接続されるため、その方向における光モジュールの寸法を小さくすることが出来る。さらには、窓29を一体に有する平板な蓋27を、筐体25の縁の端面に接合しているため、窓29と基板21間に必要な接着剤39層を従来よりも薄くすることが可能となる。また、それにより、光の伝播距離を抑え、光損失の増加も抑えることが可能となる。さらに加えて、窓29を有する蓋27が紫外線(UV)光を透過する材料であるため、光半導体装置と基板21間の接着に使用する接着剤39として、紫外線(UV)硬化樹脂を使用することが出来る。UV硬化樹脂には赤外光を良好に通し、サファイアや石英ガラスと屈折率が近い材料が多いため、光損失の増加を抑えることが出来るばかりでなく、基板21や窓29との屈折率整合が良いため、反射損失の増加を抑えることも可能となる。
Further, if the configuration of the optical module as shown in FIG. 8 is used, the
以上、本発明の第1の実施形態の構成を説明したが、筐体25の材質は上述のようなアルミナ系セラミックスに限らず、高い気密度を有する材料が選択可能である。例えば、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ、ジルコニア等の他のセラミックスを筐体25の材質として用いても良い。また、石英、サファイア等のガラスを筐体25の材質として用いても良い。筐体25の材質としてアルミニウムやステンレス等の金属を用いることも可能だが、その際は有機薄膜等を介して金属配線23との絶縁性を高くする必要がある。光半導体素子13の信頼性が劣化する可能性は増大するが、気密度の低いプラスチック等の有機材料を筐体25の材質として用いることも可能である。
The configuration of the first embodiment of the present invention has been described above, but the material of the
また接合剤は金錫や金ゲルマニウム、錫鉛といった金属半田に限らず、接合時に高い気密性を実現する材料が選択可能である。例えば、接合剤31として低融点ガラスやロウ剤などを用いることが可能である。
The bonding agent is not limited to metal solder such as gold tin, gold germanium, and tin lead, and a material that realizes high airtightness at the time of bonding can be selected. For example, a low-melting glass or a brazing agent can be used as the
また、光半導体素子13と金属配線23間の接続は、上述のようなボンディングワイヤ35を用いることに限らず、例えばハンダバンプ、金バンプ、異方性導電膜等を用いることによっても可能である。
Further, the connection between the
また、蓋27の材質は上述のようなサファイアに限らず、高い気密度を有し、かつ近赤外光を透過する材料であれば良い。例えば、石英ガラス、ホウ酸塩ガラスなどを蓋27の材質として用いることが可能である。
The material of the
また、蓋27と筐体25の材質の組合せとして、両者の熱膨張率が近い材質をそれぞれ選択することにより、外部環境の温度変化による蓋27と筐体25間のはがれや破壊を防止することが可能である。
Moreover, as a combination of the materials of the
また、光モジュールの基板21は、本実施形態では石英ガラスなどの光を透過する材料を用いたが、光を透過する領域だけ材料に穴を開けるなどの加工を行うことにより、光を透過しない材料も用いることも可能である。また、金属蒸着とは、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの他、電気めっき、化学めっき、溶射等によるめっき加工全般を指す。
In the present embodiment, the
(第2の実施形態)
本発明の光半導体装置を用いた光モジュールの第2の実施形態の構成を図9に示す。この光モジュールは、光半導体装置と、第2の金属配線57を有する基板21と、光半導体装置と基板21を接着する接着剤39と、第2のボンディングワイヤ59とで構成されている。光半導体装置は、図6に示したと同様に、溝51を有する筐体25、窓29を有する蓋27、接合剤31、受発光面17を有する光半導体素子13、金属配線23、およびボンディングワイヤ35とで構成されているが、異なるのは、金属配線23が筐体25外周表面の隣接する少なくとも2面に渡って配置されていることである。また、図9においては、基板21に固定する光半導体装置の面が、図8の構成に比べて、変更しており、光半導体素子13への入出力光が基板21面と平行になるように、筐体25の一側面が接着剤39を介して基板21上に設置されている。その他、各部品の材料と作製方法については第1の実施形態と同様なのでその説明は省略する。
(Second Embodiment)
The configuration of the second embodiment of the optical module using the optical semiconductor device of the present invention is shown in FIG. This optical module includes an optical semiconductor device, a
光モジュールの動作について以下に簡単に説明する。電気の入出力は図8の実施形態同様に、第2の金属配線57と外部装置(図示しない)を電気的に接続することによって行われるが、異なるのは、光の入出力が基板21を介さずに赤外光を透過する窓29のみを介して行われることである。
The operation of the optical module will be briefly described below. As in the embodiment of FIG. 8, the input / output of electricity is performed by electrically connecting the
本実施形態では、このような構成とすることによって、第1の実施形態で既述された効果を得ることに加えて、光半導体装置の設置方向の自由度を増加できる。すなわち、光半導体装置の金属配線23が、筐体25の外周表面の隣接する少なくとも2面に渡って配置されているため、基板21に固定する光半導体装置の面を任意の面に変更することによっても、筐体25に第2のボンディングワイヤ59を打つことができ、第2の金属配線57と接続して電気の入出力を行うことが可能となる。
In the present embodiment, by adopting such a configuration, in addition to obtaining the effects described in the first embodiment, the degree of freedom in the installation direction of the optical semiconductor device can be increased. That is, since the
本実施形態によれば、筐体25の上部に第2のボンディングワイヤ59を打って金属配線23と第2の金属配線57を接続したが、金属配線23を基板21面に向けることにより、ボンディングワイヤ35を介さずに、金属配線23と第2の金属配線57を直接接触させて電気の入出力を行うことも可能である。いずれにしても、先に述べたように、光半導体装置の設置方向の自由度を増加することが出来る。
According to the present embodiment, the
(第3の実施形態)
本発明の光半導体装置における、第3の実施形態の構成を図10に示す。この光半導体装置は、図6、図7に示したものと同様に、溝51を有する枡形または箱型の筐体25、窓29を有する平板な蓋27、接合剤31、受発光面17を有する光半導体素子13、金属配線23、およびボンディングワイヤ35で構成されているが、異なるのは、筐体25内部に金属配線23を有する台座61が設置されていることである。この台座61は、光半導体素子13とほぼ同等の高さを有する。金属配線23はアノード側、カソード側の2極で構成され、台座61上にも設置される。光半導体素子13の電極と台座61上の金属配線23はボンディングワイヤ35によって接続される。台座61上の金属配線23と溝51の底面上の金属配線23は、筐体25を貫通し、筐体25の裏面にまで延設されている。光半導体素子13の各電極の面積は0.1mm角で、両者の間隔は0.3mmである。筐体25の裏面まで延長された一対の金属配線23の各配線幅も同様に0.1mmで、両者の間隔も0.3mmである。その他、各部品の材料と作製方法については上述の第1、第2の実施形態と同様なのでその説明は省略する。
(Third embodiment)
The configuration of the third embodiment in the optical semiconductor device of the present invention is shown in FIG. This optical semiconductor device includes a bowl-shaped or box-shaped
本実施形態の光半導体装置の動作は、図6に示した光半導体装置と同様であるが、簡単に説明する。電気の入出力は筐体25の外部表面の金属配線23と外部装置(図示しない)を電気的に接続することによって行う。また、光の入出力は赤外光を透過する窓29を介して、光半導体素子13から発光、もしくは光半導体素子13で受光される光を外部装置(図示しない)と光学的に接続することによって行う。
The operation of the optical semiconductor device of the present embodiment is the same as that of the optical semiconductor device shown in FIG. Electric input / output is performed by electrically connecting the
本実施形態では、このような構成とすることによって、上述の第1の実施形態で既述された効果を得ることに加えて、以下の効果を得ることができる。すなわち、半導体素子13と台座61上の金属配線23間のワイヤボンディングにおいて、ボンディング装置のツール(図示しない)を溝51の底面までではなく台座61の上面まで降ろせば良いので、そのツールが筐体25にぶつかることを防止することができる。このことは、筐体25をより小型化できるという大きな効果を得る。また、深い溝51の底部へのワイヤボンディング作業は、筐体25によって視界が遮られる領域が発生し、細かい作業が困難であったが、台座61によりこの問題を回避できる。さらに台座61の高さは光半導体素子13の高さと同等としているので、光半導体素子13と台座61上の金属配線23間のワイヤボンディングにおいて段差がほとんど発生しない。これにより、ボンディングワイヤ35のワイヤ長を短くでき、その結果、インダクタンスの低いボンディングが可能となる。また、光学顕微鏡(図示しない)を用いて光半導体素子13と台座61上の金属配線23間の2点にワイヤボンディングを打つ際に、両者の段差がほとんどないので、両者の焦点が同時に合うため、簡単な工程でより正確なボンディングが可能となる。
In the present embodiment, by adopting such a configuration, in addition to obtaining the effects described in the first embodiment, the following effects can be obtained. That is, in wire bonding between the
本実施形態によれば、アノード、カソードの2極の金属配線23は台座61上に配置するとしたが、光半導体素子13の受光面17と反対側の裏面がアノードもしくはカソードである場合には、一方の電極に対応する金属配線23は台座61上に設置し、他方の電極に対応する金属配線23は筐体25の溝51の底面上に設置する構成も可能である。このとき、光半導体素子13の裏面を筐体25の溝51の底面の金属配線23上に接触させることにより、一方の電極はボンディングワイヤ35を介さない電気接続が可能となる。そして、光半導体素子13上の電極はボンディングワイヤ35を介して台座61上の金属配線23に接続する。この様な構成の場合でも、先に述べた本実施形態の効果を同様に得ることができる。
According to this embodiment, the anode and cathode two-
(第4の実施形態)
本発明の光半導体装置における、第4の実施形態の構成を図11、図12に示す。図11はその断面図であって、図12はその斜視図である。この光半導体装置は、図6に示した光半導体装置とほぼ同様の構成であるが、異なるのは光半導体素子が複数の受発光面17を持つ光半導体素子アレイ15であることである。なお、図11、図12においては、簡単のため、金属配線23およびボンディングワイヤ35の描画は省略している。筐体25の外形寸法は1mm××3mm×0.5mmであり、筐体25の溝51の寸法は0.8mm×2.8mm×0.4mmである。本実施形態では4チャネルの光半導体素子アレイ15を使用し、そのサイズは0.5mm×2.0mm×0.2mm程度である。従って、光半導体素子アレイ15の体積は、筐体25の体積のほぼ2/15である。その他、各部品の材料と作製方法については、上記の第1〜第3の実施形態と同様なので、その説明は省略する。
(Fourth embodiment)
The configuration of the fourth embodiment in the optical semiconductor device of the present invention is shown in FIGS. FIG. 11 is a sectional view thereof, and FIG. 12 is a perspective view thereof. This optical semiconductor device has substantially the same configuration as the optical semiconductor device shown in FIG. 6 except that the optical semiconductor element is an optical
本実施形態の光半導体装置の動作を簡単に説明する。各チャネルの電気の入出力は、筐体25の外部表面の金属配線(図示しない)と外部装置(図示しない)とを電気的に接続することによって行う。また、各チャネルの光の入出力は赤外光を透過する窓29を介して、光半導体素子アレイ15から発光、もしくは光半導体素子アレイ15で受光される光を外部装置(図示しない)と光学的に接続することによって行う。
The operation of the optical semiconductor device of this embodiment will be briefly described. Electric input / output of each channel is performed by electrically connecting a metal wiring (not shown) on the outer surface of the
本実施形態では、このような構成とすることによって、上記の第1の実施形態に既述された効果を得ることに加えて、以下の効果を得ることができる。すなわち、光半導体素子アレイ15を用いて、すべての光半導体素子を一度の搭載工程で筐体25内に搭載可能であるため、光半導体素子間の位置精度が良い搭載が可能である。さらに、一度で全ての光半導体素子を気密封止することができる。また、個別に気密封止した光半導体装置をアレイ化に配列するよりも小型化することが可能である。
In the present embodiment, by adopting such a configuration, in addition to obtaining the effects described in the first embodiment, the following effects can be obtained. That is, since all the optical semiconductor elements can be mounted in the
(第5の実施形態)
本発明の光半導体装置における、第5の実施形態の構成を図13、図14に示す。図13はその断面図であって、図14はその斜視図である。この光半導体装置は、図6の光半導体装置とほぼ同様の構成であるが、異なるのは、1つの筐体25内に受光面17を有する光半導体素子13を複数個搭載したことである。なお、図13、図14においては、簡単のため、金属配線23およびボンディングワイヤ35の描画は省略してある。筐体25の外形寸法は1mm×3mm×0.5mmであり、筐体25の溝51の寸法は0.8mm×2.8mm×0.4mmである。本実施形態では光半導体素子13を4素子使用し、そのサイズはそれぞれ0.5mm×0.5mm×0.2mm程度である。その他、各部品の材料と作製方法については上記の第1〜第3の実施形態と同様なので、その説明は省略する。
(Fifth embodiment)
The configuration of the fifth embodiment in the optical semiconductor device of the present invention is shown in FIGS. FIG. 13 is a sectional view thereof, and FIG. 14 is a perspective view thereof. This optical semiconductor device has substantially the same configuration as that of the optical semiconductor device of FIG. 6 except that a plurality of
本実施形態の光半導体装置の動作を簡単に説明する。各チャネルの電気の入出力は、筐体25の外部表面の金属配線(図示しない)と外部装置(図示しない)とを電気的に接続することによって行う。また、各チャネルの光の入出力は赤外光を透過する窓29を介して、光半導体素子13から発光、もしくは光半導体素子13で受光される光を外部装置(図示しない)と光学的に接続することによって行う。
The operation of the optical semiconductor device of this embodiment will be briefly described. Electric input / output of each channel is performed by electrically connecting a metal wiring (not shown) on the outer surface of the
本実施形態の光半導体装置は、このような構成にすることによって、上記の第1の実施形態で既述された効果を得ることに加えて、第4の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、すべての光半導体素子13を一度の搭載工程で筐体25内に搭載可能であるため、光半導体素子13間の位置精度が良い搭載が可能である。さらに、一度で全ての光半導体素子13を気密封止することができる。また、個別に気密封止した光半導体装置をアレイ化して配設するよりも小型化することが可能である。さらに、第4の実施形態における光半導体素子アレイを使用した場合に比べて、本実施形態の装置は、素子内でのリーク電流が削減でき、隣接チャネル間のクロストークが削減できる。
The optical semiconductor device according to the present embodiment obtains the same effect as that of the fourth embodiment in addition to the effect described in the first embodiment by adopting such a configuration. Can do. That is, since all the
(第6の実施形態)
本発明の光半導体装置、およびそれを用いたモジュールにおける、第6の実施形態の構成を図15に示す。光半導体装置は図6、光モジュールは図8とほぼ同様の構成であるが、異なるのは、光半導体装置において窓29と受発光面17の中間にレンズ構造物41を有することである。なお、図15においては、簡単のため、金属配線23およびボンディングワイヤ35、第2の金属配線57および第2のボンディングワイヤ59の描画は省略してある。
(Sixth embodiment)
The configuration of the sixth embodiment in the optical semiconductor device of the present invention and the module using the same is shown in FIG. The optical semiconductor device has substantially the same configuration as that of FIG. 6 and the optical module has substantially the same configuration as that of FIG. 8, but the optical semiconductor device has a
本実施形態においては、レンズ構造物41は窓29と同じ材質のサファイアであり、窓29を作製すると同時に接合面側表面に凸レンズ状物として一体成型で形成される。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。
In this embodiment, the
光モジュールの動作について以下に簡単に説明する。電気の入出力は図8の実施形態と同様に、第2の金属配線(図示しない)と外部装置(図示しない)を電気的に接続することによって行い、光の入出力も赤外光を透過する窓29と基板21を介して行う。このとき凸レンズ41は赤外光の集光作用をする。
The operation of the optical module will be briefly described below. As in the embodiment of FIG. 8, electrical input / output is performed by electrically connecting a second metal wiring (not shown) and an external device (not shown), and light input / output also transmits infrared light. Through the
本実施形態の光モジュールは、このような構成にすることによって、上記の各実施形態で既述された効果を得ることに加えて、レンズ41による集光作用が得られるので、光の入出力における受発光効率を向上することができる。また、第4、第5の実施形態に示したような複数の受発光面17が近接して配置された構造においては、レンズ41の集光作用により隣接チャネルへの光クロストークを削減する効果を得ることが出来る。さらに、レンズ41が窓29と受光面15の中間に配置されていることから、レンズ41が筐体25の外形から出張ることがない。従って、レンズ41の追加により、光半導体装置の寸法を増加させる必要がないばかりか、光半導体装置と基板21間の接着面が蓋27の前面となり良好な接着性を確保でき、さらには、窓29と基板21間に必要な接着剤39の層を薄くすることが可能であるため、光の伝播距離を抑え、光損失の増加も抑えることが可能である。加えて、レンズ41は高い気密性を持つ窓29と筐体25の空隙領域に設置されるため、汚染が防止され、長期的に安定したレンズ効果を得ることが可能である。さらには、レンズ41の周りを接着剤39が覆うことがないため、従来懸念されていた焦点距離の変化、光結合の劣化を回避することが可能である。
The optical module of the present embodiment has such a configuration, and in addition to obtaining the effects described in the above embodiments, the light collecting action by the
本実施形態によれば、窓29と受発光面17の中間位置にレンズ構造物41を設けることとしたが、窓自体をフレネルレンズなどのレンズ構造に形成することによっても、同様の効果を得ることが可能である。
According to the present embodiment, the
(第7の実施形態)
本発明の光半導体装置における、第7の実施形態の構成を図16に示す。この光半導体装置は、図6に示した光半導体装置とほぼ同様の構成であるが、異なるのは、光半導体素子13の周辺に樹脂65がレンズ形状を有して塗布されることである。なお、図16においては、簡単のため、金属配線23およびボンディングワイヤ35の描画は省略してある。本実施形態においては、樹脂65として、赤外光を良好に透過し、かつ絶縁性が高いシリコーン樹脂を使用する。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。
(Seventh embodiment)
The configuration of the seventh embodiment in the optical semiconductor device of the present invention is shown in FIG. This optical semiconductor device has substantially the same configuration as the optical semiconductor device shown in FIG. 6 except that a
本実施形態の光半導体装置の動作について以下に簡単に説明する。電気の入出力は、図6の実施形態と同様に、金属配線(図示しない)と外部装置(図示しない)とを電気的に接続することによって行い、光の入出力も赤外光を透過する窓29を介して行う。このときレンズ形状を有する樹脂65は赤外光の集光作用をする。
The operation of the optical semiconductor device of this embodiment will be briefly described below. As in the embodiment of FIG. 6, electrical input / output is performed by electrically connecting a metal wiring (not shown) and an external device (not shown), and light input / output also transmits infrared light. This is done through the
本実施形態の光半導体装置は、このような構成にすることによって、上記の各実施形態に既述された効果を得ることに加えて、レンズ形状の樹脂65による集光作用が得られるので、光の入出力における受発光効率を向上することができる。また、第4、第5の実施形態に示したような複数の受光面が近接して配置された構造においては、レンズ形状の樹脂65による集光作用により、隣接チャネルへの光クロストークを削減する効果を得ることが出来る。加えて、樹脂65により半導体素子13、ボンディングワイヤ(35)を保護することができ、振動・衝撃等による断線を防止することが出来る。
Since the optical semiconductor device of this embodiment has such a configuration, in addition to obtaining the effects described in each of the above embodiments, the light condensing action by the lens-shaped
本実施形態によれば、樹脂65としてシリコーン樹脂を使用したが、これに限らず、赤外光を良好に透過しかつ絶縁性が高いエポキシ樹脂、UV硬化樹脂等を、樹脂65として使用することによっても、同様の効果を得ることが可能である。
According to the present embodiment, the silicone resin is used as the
(第8の実施形態)
本発明の光半導体装置における、第8の実施形態の構成を図17、図18に示す。図17は1素子の光半導体素子13を用いた場合の断面図、図18は複数素子の光半導体素子13を用いた場合の断面図を示す。光半導体装置は図6や図13に示した光半導体装置とほぼ同様の構成であるが、異なるのは、窓29を有する蓋27が、図17、図18に示すように、傾斜した面を有することである。なお、これら図17、図18においては、簡単のため、金属配線23およびボンディングワイヤ35の描画は省略してある。ここで、図17の(a)は光半導体装置を正面方向から見た断面図、図17の(b)は図17の(a)の装置を左側から見た断面図である。同様に、図187(a)は光半導体装置を正面方向から見た断面図、図18の(b)は図18の(a)の装置を左側から見た断面図である。
(Eighth embodiment)
The configuration of the eighth embodiment in the optical semiconductor device of the present invention is shown in FIGS. FIG. 17 is a cross-sectional view in the case where one
本実施形態においては、窓29の片面に例えば8度の傾斜面を設ける。この傾斜面の材質は窓29の材質と同様のサファイアを一体的に使用する。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。
In the present embodiment, an inclined surface of, for example, 8 degrees is provided on one side of the
本実施形態の光半導体装置の動作について以下に簡単に説明する。電気の入出力は図6の実施形態と同様に、金属配線(図示しない)と外部装置(図示しない)を電気的に接続することによって行い、光の入出力も赤外光を透過する窓29を介して行う。
The operation of the optical semiconductor device of this embodiment will be briefly described below. As in the embodiment of FIG. 6, electrical input / output is performed by electrically connecting a metal wiring (not shown) and an external device (not shown), and the light input / output is also a
本実施形態の光半導体装置は、このような構成にすることによって、上記の第1の実施形態に既述された効果を得ることに加えて、外部装置(図示しない)との光入出力時に窓29端面において生じる反射による受発光面17への戻り光、外部装置(図示しない)への戻り光を防止することが出来る。
With this configuration, the optical semiconductor device according to the present embodiment obtains the effects described above in the first embodiment, and in addition, at the time of optical input / output with an external device (not shown). Return light to the light emitting / receiving
(第9の実施形態)
本発明の光半導体装置およびそれを用いた光モジュールにおける、第9の実施形態の構成を図19に示す。図19に示す光半導体装置は、溝51を有する箱型の筐体25、窓29を有する平板な蓋27、筐体と蓋を接合する接合剤31、受発光面17を有する光半導体素子13、金属配線23、およびボンディングワイヤ35とで構成されている。また、図19は第2の金属配線57を有する基板21も描写した光モジュールの構成を示している。
(Ninth embodiment)
FIG. 19 shows the configuration of the ninth embodiment in the optical semiconductor device of the present invention and the optical module using the same. The optical semiconductor device shown in FIG. 19 includes an
光半導体素子13は、筐体25の溝51内に収納され、窓29に直接固定され、その受発光面17からの光の入出力が光半導体素子側に向かって行う構造のものである。
The
接合剤31を介して筐体25と接合する蓋27の表面(光半導体素子側の面)には、金属配線23が蒸着によって形成される。この金属配線23はアノード側、カソード側の2極で構成される。さらに、この金属配線23は蓋27を貫通して、蓋27の裏面にまで延長されている。光半導体素子13の各電極の面積は0.1mm角で、各電極の間隔は0.3mmである。窓29の裏面まで延長されている一対の金属配線23の配線幅も同様に0.1mmであって、その両者の間隔も0.3mmである。光半導体素子13は、その受発光面17を窓29と逆方向に向けて、窓29に直接固定される。光半導体素子13の電極と金属配線23とはボンディングワイヤ35によって接続される。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。
A
本実施形態の光モジュールの動作を簡単に説明する。電気の入出力は窓29の外部表面の金属配線23と外部装置(図示しない)に接続する第2の金属配線57とを電気的に接続することによって行う。また、光の入出力は赤外光を透過する窓29、および赤外光を透過する基板21を介して、光半導体素子13からの発光、もしくは光半導体素子13で受光される光を外部装置(図示しない)と光学的に接続することによって行う。
The operation of the optical module of this embodiment will be briefly described. Electric input / output is performed by electrically connecting the
本実施形態の光モジュールは、このような構成にすることによって、上記の第1の実施形態で既述された効果を得ることに加えて、これまでの第1〜第8の実施形態の構成と比較して、光の伝播距離が短くなるため、伝播損失が減少し、受発光効率を向上することが出来る。 The optical module of the present embodiment has the above-described configuration, and in addition to obtaining the effects described in the first embodiment, the configurations of the first to eighth embodiments so far. As compared with, the propagation distance of light is shortened, so that the propagation loss is reduced and the light receiving and emitting efficiency can be improved.
(第10の実施形態)
本発明の光半導体装置およびそれを用いた光モジュールにおける、第10の実施形態の構成を図20に示す。図20に示す光半導体装置は、溝51を有する箱型の筐体25、平板な蓋27、筐体と蓋を接合する接合剤31、受発光面17を有する光半導体素子13、金属配線23、およびボンディングワイヤ35とで構成されている。図20は第2の金属配線57を有する基板21も描写した光モジュールの構成を示している。
(Tenth embodiment)
The configuration of the tenth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention and the optical module using the same is shown in FIG. An optical semiconductor device shown in FIG. 20 includes a box-shaped
この光半導体素子13は、光の受発光面17からの光の入出力が光半導体素子側に向かって行う構造のものである。筐体25は赤外光を透過する窓の機能を有する。また筐体25の溝51の底面には金属配線23が蒸着によって形成される。金属配線23は筐体25を貫通し、筐体25の裏面にまで延長されている。光半導体素子13は、その受発光面17を蓋27側に向けて、筐体25の溝51底面に固定される。光半導体素子13の電極と金属配線23はボンディングワイヤ35によって接続される。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。
The
本実施形態の光モジュールの動作を簡単に説明する。電気の入出力は筐体25の外部表面の金属配線23と外部装置(図示しない)に接続する第2の金属配線57とを電気的に接続することによって行う。また、光の入出力は赤外光を透過する筐体25および基板21を介して、光半導体素子13から発光、もしくは光半導体素子13で受光される光を外部装置(図示しない)と光学的に接続することによって行う。
The operation of the optical module of this embodiment will be briefly described. Electric input / output is performed by electrically connecting the
本実施形態の光モジュールは、このような構成にすることによって、上記の第1の実施形態で既述された効果を得ることに加えて、第9の実施形態と同様に、第1〜第8の実施形態の構成と比較して、光の伝播距離が短くなるため、伝播損失が減少し、受発光効率を向上することが出来る。 The optical module of the present embodiment has the above-described configuration, and in addition to obtaining the effects described in the first embodiment, the first to the first, similarly to the ninth embodiment. Compared with the configuration of the eighth embodiment, the propagation distance of light is shortened, so that the propagation loss is reduced and the light receiving and emitting efficiency can be improved.
(第11の実施形態)
本発明の光半導体装置およびそれを用いた光モジュールにおける、第11の実施形態の構成を図21に示す。この構成は図6や図8に示した構成のものとほぼ同様であるが、異なるのは、窓29を有する蓋27が、筐体25よりも寸法が大きく、かつUV光を透過することである。また、UV光を透過するためのUV硬化樹脂65により基板21と蓋27とを接着すると、より強力に接着することが出来る。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明を省略する。
(Eleventh embodiment)
The configuration of the eleventh embodiment of the optical semiconductor device and the optical module using the same of the present invention is shown in FIG. This configuration is almost the same as that shown in FIGS. 6 and 8, except that the
本実施形態の光モジュールの動作について以下に簡単に説明する。電気の入出力は図8の実施形態と同様に、第2の金属配線57と外部装置(図示しない)を電気的に接続することによって行い、光の入出力も赤外光を透過する窓29と基板21とを介して行う。
The operation of the optical module of this embodiment will be briefly described below. As in the embodiment of FIG. 8, the input / output of electricity is performed by electrically connecting the
本実施形態の光モジュールは、このような構成にすることによって、UV光を基板21の垂直方向から照射することが可能になる。また、UV光によりUV硬化樹脂65が硬化することで、蓋27と基板21の良好で均一な接着性を得ることができる。
The optical module of this embodiment can irradiate UV light from the vertical direction of the
(第12の実施形態)
本発明の光半導体装置およびそれを用いた光モジュールにおける、第12の実施形態の構成を図22に示す。この構成は図6や図8に示した構成のものとほぼ同様であるが、異なるのは、窓29を有する蓋27が、筐体25よりも寸法が大きく、かつ位置合わせ用マーカ67を筐体25の外側に有することである。また、上記の第11の実施形態と同様に、UV硬化樹脂65により基板21と蓋27とを接着している。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。
(Twelfth embodiment)
The configuration of the twelfth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention and the optical module using the same is shown in FIG. This configuration is almost the same as that shown in FIGS. 6 and 8, except that the
本実施形態の光モジュールの動作について以下に簡単に説明する。電気の入出力は図8の実施形態と同様に、第2の金属配線57と外部装置(図示しない)とを電気的に接続することによって行い、光の入出力も赤外光を透過する窓29と基板21とを介して行う。
The operation of the optical module of this embodiment will be briefly described below. As in the embodiment of FIG. 8, the input / output of electricity is performed by electrically connecting the
本実施形態の光モジュールは、このような構成にすることで、位置合わせ用マーカ67を使用することができるため、光半導体装置と基板21間の精度の良い固定が可能となる。また、蓋27の寸法は筐体25よりも大きいため、光学顕微鏡など比較的低コストの光学装置によっても位置合わせ用マーカ67を観察、認識することが可能となる。
Since the optical module of this embodiment can use the
(第13の実施形態)
本発明の光半導体装置における、第13の実施形態の構成を図23に示す。この光半導体装置は図6の光半導体装置とほぼ同様な構成であるが、異なる点は、窓29を有する蓋27の表面に、座ぐり(窪み)69を設けて段差を作製したことである。なお、この図23においては、簡単のために、金属配線23およびボンディングワイヤ35の描画は省略してある。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。座ぐり69の部分は、窓29の表面側にダイシングやエッチング処理を施すことにより簡単に作成することが可能である。
(13th Embodiment)
FIG. 23 shows the configuration of the thirteenth embodiment of the optical semiconductor device of the present invention. This optical semiconductor device has substantially the same configuration as that of the optical semiconductor device of FIG. 6, except that a
本実施形態の光半導体装置は、このような構成にすることによって、座ぐり69の部分を筐体25に接合することにより、窓29を有する蓋27と筐体25とを位置精度良く接合することが可能となる。
The optical semiconductor device according to the present embodiment is configured as described above, so that the portion of the
(第14の実施形態)
本発明の光半導体装置における、第14の実施形態の構成を図24に示す。この光半導体装置は図6のものとほぼ同様な構成であるが、異なる点は、窓29を有する蓋27の表面に、フィルタ71を設けたことである。なお、この図24においては、簡単のために、金属配線23およびボンディングワイヤ35の描画は省略してある。その他、各部品の材料と作製方法については上記の各実施形態と同様なので、その説明は省略する。フィルタ71は、窓29の表面に薄膜フィルタを接着することによって設置される。また、フィルタ71は、例えば、1.5μmの光と1.3μmの光とを分離する特性を有するとすることができる。
(Fourteenth embodiment)
The configuration of the fourteenth embodiment in the optical semiconductor device of the present invention is shown in FIG. This optical semiconductor device has substantially the same configuration as that shown in FIG. 6 except that a
本実施形態の光半導体装置は、このような構成にすることによって、フィルタ71を窓29に接着した蓋27を筐体25と接合することにより、光半導体素子13から発光した光の帯域をフィルタ71で選択し、あるいはフィルタ71で選択された波長の光を光半導体素子13に受光させることができる。
The optical semiconductor device according to the present embodiment is configured as described above, and the band of light emitted from the
図24では、フィルタ71は、窓29の表面の外側に設けたが、窓29の内側に設けても良いし、その両側に設けても良い。また、フィルタ71の作製方法として、接着の他に、多層膜等を窓29に直接蒸着しても良いし、多層膜等を筐体25と蓋27の間に単に挟みこむようにしても簡単に設置することが可能である。また、本発明の光半導体装置に使用可能なフィルタ71としては、上記の波長分離する機能を持つフィルタの他に、入出力する光の一部を透過、反射するフィルタを用いると、例えば光半導体素子13がフォトダイオード(PD)の場合には、一部の光を入力することによって光強度モニタとして機能することができる。また、本発明の光半導体装置に使用可能なフィルタ71として無反射コーディングのフィルタを使用すれば、窓界面での反射を抑圧することができる。また、これらのフィルタや無反射コート膜は、図11〜図14に示す多連の光半導体素子に適用した場合でも、全ての光半導体素子の上にシリンドカルレンズのように一括に設けても良いし、個別に設けても良いし、内蔵する複数個のLDやPDの目的に応じてレンズ41をその真上に設けたり、設けなかったりする構造としてもよい。
In FIG. 24, the
(その他の実施形態)
なお、本発明の好適な実施形態を具体的な実施例を用いて説明したが、本発明の実施形態は上記の例示に限定されるものではなく、請求の範囲の各請求項に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。例えば、上述した筐体25は枡形あるいは箱型として説明したが、これに限定されず、例えば、円筒状の桶型などでもよい。
(Other embodiments)
Although the preferred embodiments of the present invention have been described using specific examples, the embodiments of the present invention are not limited to the above-described examples, and the scope described in each claim of the claims. If it is inside, various modifications such as replacement, change, addition, increase / decrease in number, change in shape, etc. of the constituent members are all included in the embodiment of the present invention. For example, the
11 光モジュール
13 光半導体素子
15 光半導体素子アレイ
17 受発光面
19 光導波路
21 基板
23 金属配線
25 筐体
27 蓋
29 窓
31 接合剤
33 リードピン
35 ボンディングワイヤ
37 第2の基板
39 接着剤
41 レンズ
51 溝
53 接合用金属部
55 遮光用金属部
57 第2の金属配線
59 第2のボンディングワイヤ
61 台座
65 樹脂
67 マーカ
69 座ぐり
71 フィルタ
DESCRIPTION OF
Claims (14)
光を透過する窓部を備え前記筐体の開口部分を塞いで密閉する光が透過できる材質からなる蓋と、
受光面もしくは発光面の少なくともいずれかである受発光面を有し、該受発光面を前記窓部に向けて前記筐体の内側底面上に配置された光半導体素子と、
前記光半導体素子に接続し前記筐体の内部から該筐体の外部へ貫通して該筐体の外部表面上に延長して設置された金属配線と
を具備し、
前記蓋の前記光半導体素子側の面に、遮光用金属部および該遮光用金属部の周囲に前記筐体との接合用金属部が形成され、
前記遮光用金属部により前記蓋の一部として前記窓部が定められていることを特徴とする光半導体装置。 A hollow housing that is open in only one direction;
A lid made of a material capable of transmitting light that has a window portion that transmits light and closes and seals the opening of the housing;
An optical semiconductor element having a light receiving / emitting surface which is at least one of a light receiving surface and a light emitting surface, and disposed on the inner bottom surface of the housing with the light receiving / emitting surface facing the window portion;
Metal wiring connected to the optical semiconductor element and extending from the inside of the casing to the outside of the casing and extending on the outer surface of the casing, and
On the surface of the lid on the side of the optical semiconductor element , a light shielding metal part and a metal part for joining to the casing are formed around the light shielding metal part,
The optical semiconductor device, wherein the window portion is defined as a part of the lid by the light shielding metal portion.
前記金属配線と接続する第2の金属配線を有する基板と、
前記光半導体装置と前記基板を接着する接着剤と
を具備することを特徴とする光モジュール。 The optical semiconductor device according to claim 1 1 2,
A substrate having a second metal wiring connected to the metal wiring;
An optical module comprising the optical semiconductor device and an adhesive that bonds the substrate.
The optical module according to claim 1 3 O light, so that the horizontal direction with respect to the substrate, characterized in that mounting the optical semiconductor device to the substrate of the optical semiconductor device.
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