JP6958772B1 - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

本開示に係る半導体装置は、第１面と、第１面と反対側の第２面を有し、第１面から第２面に貫通する貫通孔が形成された基体と、貫通孔を通り、基体の第１面側に延びるリードと、リードと、貫通孔を形成する基体の側面との間を埋める封止体と、基体の第１面に対して立った状態で設けられた第１主面と、第１主面と反対側の面であり、基体の第１面に対して立った状態で設けられた第２主面と、を有する誘電体基板と、誘電体基板の第１主面側に設けられた半導体レーザと、誘電体基板の第１主面に設けられ、半導体レーザと電気的に接続された信号線路と、信号線路とリードを電気的に接続する接続部材と、誘電体基板の第２主面に設けられた裏面導体と、を備え、第１面と垂直な方向から見て、封止体は裏面導体の直下に設けられる。

Description

本開示は、半導体装置に関する。

特許文献１には、電子部品搭載用パッケージが開示されている。このパッケージは、金属板状部材からなり、厚み方向に貫通する貫通孔が設けられた基体を備える。基体は、一方主面に電子部品が搭載され、一方主面を基準とする厚みが他の部分に比べて薄い薄層部を有する。貫通孔の中心部には、基体の主面に対して直交する方向に延びる信号線路導体が挿通される。信号線路導体と貫通孔の内周面との間には、誘電体が設けられる。基体の一方主面側には、電子部品と信号線路導体とを接続する接続導体が設けられる。基体の他方主面側には、信号線路導体と平行に延びる接地導体が設けられる。信号線路導体の基体の一方主面側に突出した部分と接続導体とは、ろう材などの導電性材料によって接続されている。

日本特開２０１２−６４８１７号公報

特許文献１では、接続導体である信号線路と信号線路導体であるリードピンとの間の距離が長くなると、信号線路とリードピンを接合する金属接合材が厚くなる。これにより、金属接合材が有するインダクタンス成分が大きくなる。このとき、電子部品として半導体レーザを搭載する場合、周波数特性の悪化による伝送損失の増加などが生じる可能性がある。従って、半導体レーザに伝達される電気信号の品質劣化が生じるおそれがある。

本開示は、電気信号の品質劣化を抑制できる半導体装置を得ることを目的とする。

第１の開示に係る半導体装置は、第１面と、該第１面と反対側の第２面を有し、該第１面から該第２面に貫通する貫通孔が形成された基体と、該貫通孔を通り、該基体の該第１面側に延びるリードと、該リードと、該貫通孔を形成する該基体の側面との間を埋める封止体と、該基体の該第１面に対して立った状態で設けられた第１主面と、該第１主面と反対側の面であり、該基体の該第１面に対して立った状態で設けられた第２主面と、を有する誘電体基板と、該誘電体基板の該第１主面側に設けられた半導体レーザと、該誘電体基板の該第１主面に設けられ、該半導体レーザと電気的に接続された信号線路と、該信号線路と該リードを電気的に接続する接続部材と、該誘電体基板の該第２主面に設けられた裏面導体と、を備え、該第１面と垂直な方向から見て、該封止体は該裏面導体の直下に設けられ、該第１面と垂直な方向から見て、該封止体は、該裏面導体に対して該誘電体基板と反対側の領域に設けられ、該接続部材は接合材である。
第２の開示に係る半導体装置は、第１面と、該第１面と反対側の第２面を有し、該第１面から該第２面に貫通する貫通孔が形成された基体と、該貫通孔を通り、該基体の該第１面側に延びるリードと、該リードと、該貫通孔を形成する該基体の側面との間を埋める封止体と、該基体の該第１面に対して立った状態で設けられた第１主面と、該第１主面と反対側の面であり、該基体の該第１面に対して立った状態で設けられた第２主面と、を有する誘電体基板と、該誘電体基板の該第１主面側に設けられた半導体レーザと、該誘電体基板の該第１主面に設けられ、該半導体レーザと電気的に接続された信号線路と、該信号線路と該リードを電気的に接続する接続部材と、該誘電体基板の該第２主面に設けられた裏面導体と、該基体の該第１面側で、該裏面導体を介して該誘電体基板を保持する導体ブロックと、を備え、該第１面と垂直な方向から見て、該封止体は該裏面導体の直下に設けられ、該裏面導体は、該誘電体基板の該第１主面と垂直な方向から見て該半導体レーザと重なる部分に設けられた該導体ブロックとの接触部分と、該基体の該第１面に沿った方向での該接触部分の少なくとも一方の側に設けられ、該導体ブロックと離れた離間部分と、を有する。
第３の開示に係る半導体装置は、第１面と、該第１面と反対側の第２面を有し、該第１面から該第２面に貫通する一対の貫通孔が形成された基体と、該一対の貫通孔をそれぞれ通り、該基体の該第１面側に延びる一対のリードと、該リードと、該貫通孔を形成する該基体の側面との間を埋める封止体と、該基体の該第１面に対して立った状態で設けられた第１主面と、該第１主面と反対側の面であり、該基体の該第１面に対して立った状態で設けられた第２主面と、を有する誘電体基板と、該誘電体基板の該第１主面側に設けられた半導体レーザと、該誘電体基板の該第１主面に設けられ、該半導体レーザと電気的に接続され、該一対のリードからの差動信号を該半導体レーザに伝送する一対の信号線路と、該信号線路と該リードを電気的に接続する接続部材と、該誘電体基板の該第２主面に設けられた裏面導体と、を備え、該第１面と垂直な方向から見て、該封止体は該裏面導体の直下に設けられ、該一対のリードが延びる方向から見て、該一対のリードの中心を繋ぐ線分の中点と、該半導体レーザの発光点は重なる。

本開示に係る半導体装置では、封止体が裏面導体の直下まで進入している。このため、接続部材を短くでき、接続部材のインダクタンス成分を抑制できる。従って、半導体レーザに伝達される電気信号の品質劣化を抑制できる。

実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。 図１をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。 実施の形態１の第１の比較例に係る半導体装置の平面図である。 図３をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。 実施の形態１の第２の比較例に係る半導体装置の平面図である。 図５をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。 実施の形態１の変形例に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。 図８をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。 図９の破線で囲った部分の拡大図である。 実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。 図１１をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。 図１２の破線で囲った部分の拡大図である。 実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。 図１４をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。 図１５の破線で囲った部分の拡大図である。 実施の形態６に係る半導体装置の平面図である。 実施の形態６に係る半導体装置の断面図である。 実施の形態６に係る半導体装置にキャップを取り付けた状態を示す断面図である。 実施の形態７に係る計測システムの斜視図である。 実施の形態７の比較例に係る半導体装置の平面図である。 通電治具に比較例に係る半導体装置を取り付けた状態を示す斜視図である。 通電治具に実施の形態６に係る半導体装置を取り付けた状態を示す斜視図である。

各実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の平面図である。図２は、図１をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。半導体装置１００は、例えば２５Ｇｂｐｓ対応ＴＯ−ＣＡＮ（Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｏｕｔｌｉｎｅ−ＣＡＮ）パッケージ等の半導体レーザ用パッケージである。

半導体装置１００は基体２を備える。基体２は、第１面と、第１面と反対側の第２面を有する。基体２の第１面側には、半導体レーザ１等の電子部品が設けられる。基体２には、第１面から第２面に貫通する一対の貫通孔が形成される。基体２はアイレットとも呼ばれる。

半導体装置１００は、一対のリード４であるリード４ａ、４ｂを備える。リード４はリードピンとも呼ばれる。リード４ａ、４ｂは、基体２に形成された一対の貫通孔をそれぞれ通り、基体２の第１面側に延びる。基体２の貫通孔には一対の封止体３である封止体３ａ、３ｂが設けられる。リード４ａ、４ｂと、貫通孔を形成する基体２の側面との間は、封止体３ａ、３ｂで埋められている。封止体３ａ、３ｂは例えば封止ガラスである。

基体２の第１面には、導体ブロック６が設けられる。導体ブロック６は金属から形成される。導体ブロック６は、基体２の第１面側で、裏面導体８を介して誘電体基板５を保持する。

誘電体基板５は、基体２の第１面に対して立った状態で設けられた第１主面および第２主面を有する。第２主面は、第１主面と反対側の面である。誘電体基板５はサブマウントとも呼ばれる。誘電体基板５の第１主面側には、半導体レーザ１が設けられる。誘電体基板５の第１主面には、半導体レーザ１と電気的に接続された一対の信号線路７である信号線路７ａ、７ｂが設けられる。図２に示される例では、半導体レーザ１は信号線路７ｂ上に設けられ、信号線路７ａとワイヤで接続されている。信号線路７ａ、７ｂとリード４ａ、４ｂは、後述する接続部材によりそれぞれ電気的に接続される。誘電体基板５の第２主面には裏面導体８が設けられる。

導体ブロック６は平面視でＴ字型である。導体ブロック６のうち裏面導体８と対向する側の一部のみが、裏面導体８と接している。具体的には、裏面導体８のうち半導体レーザ１と重なる中央部のみが導体ブロック６に固定されている。裏面導体８のうちリード４ａ、４ｂと重なる両端部近傍は、導体ブロック６に固定されない。つまり、裏面導体８は、誘電体基板５の第１主面と垂直な方向から見て、半導体レーザ１と重なる部分に導体ブロック６との接触部分を有する。また、裏面導体８は、基体２の第１面に沿った方向での導体ブロック６との接触部分の両側に、導体ブロック６と離れた離間部分を有する。ここで、誘電体基板５の第１主面と垂直な方向は、図１におけるｙ軸方向である。また、裏面導体８において基体２の第１面に沿った方向は、図１におけるｘ軸方向である。

基体２の第１面と垂直な方向から見て、封止体３は裏面導体８の直下に設けられる。特に、基体２の第１面と垂直な方向から見て、封止体３は、裏面導体８に対して誘電体基板５と反対側の領域に設けられる。つまり、基体２の第１面と垂直な方向から見て封止体３は、裏面導体８のうち導体ブロック６との離間部分と、導体ブロック６との間に突出している。封止体３は、ｙ軸方向において裏面導体８と導体ブロック６とが接する面よりも導体ブロック６側へ進入している。

半導体装置１００において、リード４は封止体３を用いてガラスハーメチック技術により基体２に固定される。リード４は、基体２に形成された貫通孔の中央に固定される。導体ブロック６と基体２は、同一の金属から形成されても良い。導体ブロック６と基体２の形状は、プレス成形または切削などにより形成される。裏面導体８と導体ブロック６とは、はんだ等の接合材により固定される。また、半導体レーザ１は誘電体基板５の第１主面側にはんだ等の接合材により固定される。誘電体基板５は、例えば半導体レーザ１と導体ブロック６との間の熱膨張係数を有する。誘電体基板５はセラミックから形成される。誘電体基板５は、半導体レーザ１と導体ブロック６との熱膨張係数の不整合に起因する熱応力により、半導体レーザ１が破損することを抑制する。

リード４ａ、４ｂには、外部から差動信号が入力される。信号線路７ａ、７ｂは、リード４ａ、４ｂからの差動信号を半導体レーザ１のアノード電極およびカソード電極に伝送する。半導体装置１００では、信号線路７ａ、７ｂと裏面導体８とが、誘電体基板５を挟み込む。これにより、マイクロストリップ線路が形成される。信号線路７ａ、７ｂの特性インピーダンスは、リード４ａ、４ｂに入力された電気信号が最も低損失で半導体レーザ１に伝送されるように最適値に調整される。なお、リード４ａ、４ｂと信号線路７ａ、７ｂとは、接続部材として、はんだ等の金属接合材または金属ワイヤなどを用いて電気的に接続される。

携帯電話サービスなどを支えるモバイルネットワークにおいて、デジタル信号処理を行う親局と無線信号送受信を行う子局とを繋ぐ光回線をモバイルフロントホールと呼ぶ。近年、モバイルフロントホールの信号伝送速度は２５Ｇｂｐｓに達し、高速動作が可能な半導体レーザの需要が高まっている。モバイルフロントホールでは、半導体レーザのパッケージ形態はＴＯ−ＣＡＮが主流である。

図３は、実施の形態１の第１の比較例に係る半導体装置８００ａの平面図である。図４は、図３をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。半導体装置８００ａは、封止体３が裏面導体８の直下まで進入していない点が半導体装置１００と異なる。また、半導体装置８００ａは、平板状の導体ブロック８０６を備える。信号線路７ａ、７ｂとリード４ａ、４ｂは、接合材９ａ、９ｂを介して電気的に接続される。

このような構造において、信号線路７ａ、７ｂとリード４ａ、４ｂとの間の距離が長いと、ｙ軸方向において接合材９ａ、９ｂが厚くなる。これにより、接合材９ａ、９ｂが有するインダクタンス成分が大きくなる。従って、半導体レーザ１へ伝達される電気信号の品質劣化が生じる可能性がある。品質劣化は、例えば周波数特性の悪化による伝送損失の増加である。

図５は、実施の形態１の第２の比較例に係る半導体装置８００ｂの平面図である。図６は、図５をＡ−Ａ直線で切断することで得られる断面図である。半導体装置８００ｂでは、誘電体基板８０５ｂが半導体装置８００ａよりも厚い。このように、誘電体基板８０５ｂを厚くすることで、信号線路７ａ、７ｂとリード４ａ、４ｂとの距離を短縮できる。これにより、ｙ軸方向において接合材９ａ、９ｂを薄くでき、接合材９ａ、９ｂが有するインダクタンス成分を低減できる。

しかし、マイクロストリップ線路では、誘電体基板が厚くなると特性インピーダンスが大きくなる。また、表面側の信号線路の線路幅が大きくなると、特性インピーダンスは小さくなる。このため、半導体装置８００ｂにおいて信号線路７ａ、７ｂの特性インピーダンスを半導体装置８００ａと同じ値に調整するためには、半導体装置８００ｂの信号線路７ａ、７ｂの線路幅Ｗ２は、半導体装置８００ａの信号線路７ａ、７ｂの線路幅Ｗ１よりも大きくなる。このため、誘電体基板８０５ｂの面積が大きくなり、パッケージが大型化する。

これに対し本実施の形態の半導体装置１００では、封止体３が裏面導体８の直下まで進入している。このため、半導体装置１００では、半導体装置８００ａ、８００ｂと比較して、誘電体基板５の厚さを薄く保ったまま、リード４と信号線路７との間の距離を短くすることができる。このため、接合材９ａ、９ｂを薄くでき、接合材９ａ、９ｂのインダクタンス成分を抑制できる。従って、半導体レーザに伝達される電気信号の品質劣化を抑制でき、高周波特性に優れた半導体装置１００を得ることができる。

また、半導体装置１００では誘電体基板５が薄いため、最適な特性インピーダンスを得るために必要な信号線路７ａ、７ｂの線路幅Ｗ１は、半導体装置８００ｂの線路幅Ｗ２よりも小さくなる。従って、半導体装置１００では半導体装置８００ｂよりも誘電体基板５の面積を小さくできる。これにより、誘電体基板５を低コストで製造できる。また、パッケージを小型化できる。本実施の形態では、誘電体基板５の大型化を抑制しながら、リード４と信号線路７との間の距離を低減させることができる。

加えて、本実施の形態では誘電体基板５が薄いため、半導体レーザ１と導体ブロック６との間の熱抵抗を低減できる。従って、半導体レーザ１の放熱性を向上でき、半導体レーザ１の発光効率の向上および長寿命化が可能になる。

さらに、本実施の形態では半導体レーザ１の放熱性を向上できるため、裏面導体８に導体ブロック６との離間部分を設けた場合にも十分な放熱性を確保できる。本実施の形態では、裏面導体８のうちｘ軸方向の両端部近傍は導体ブロック６に固定されない。これにより、誘電体基板５と導体ブロック６との接合面積を低減できる。従って、導体ブロック６が誘電体基板５に及ぼす熱応力を低減し、半導体装置１００の信頼性を向上できる。

図７は、実施の形態１の変形例に係る半導体装置１００aの平面図である。本実施の形態の変形例として、裏面導体８は、誘電体基板５の第１主面と垂直な方向から見て半導体レーザ１と重なる部分の少なくとも一方の側に、導体ブロック６aと離れた離間部分を有しても良い。また、裏面導体８の全面が導体ブロック６に固定されていても良い。

また、本実施の形態では基体２の第１面と垂直な方向から見て、封止体３は裏面導体８のうち導体ブロック６との離間部分と、導体ブロック６との間に突出しているものとした。これに限らず、基体２の第１面と垂直な方向から見て、封止体３は裏面導体８の直下に設けられれば良い。

また、本実施の形態の導体ブロック６および誘電体基板５は、基体２に対して直立している。これに限らず、導体ブロック６および誘電体基板５は基体２の第１面に対して傾いていても良い。これにより、半導体装置１００のレーザ光の出射方向を所望の角度に調整することができる。例えば、半導体装置１００が出射したレーザ光が何らかの反射体に照射された場合、反射光が半導体レーザ１に戻ることがある。この反射戻り光は、半導体レーザ１の安定動作を阻害するため、小さくすることが望ましい。そこで、導体ブロック６および誘電体基板５と基体２の第１面とが成す角度を、直角ではなく反射戻り光が最小になる角度に調整することで、半導体レーザ１の動作の安定化が可能である。

また、半導体レーザ１は差動信号ではなく、シングルエンド信号で駆動されても良い。この場合、信号線路７は１つであっても良く、リード４は一本であっても良い。

上述した変形は、以下の実施の形態に係る半導体装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る半導体装置２００の断面図である。図９は、図８をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。図１０は、図９の破線で囲った部分の拡大図である。半導体装置２００において、リード４ａ、４ｂと信号線路７ａ、７ｂとを電気的に接続する接続部材は、ワイヤ１０ａ、１０ｂである。ワイヤ１０ａ、１０ｂは金属から形成される。本実施の形態では、リード４と信号線路７との間の距離を短くすることで、ワイヤ１０ａ、１０ｂを短くできる。従って、ワイヤ１０ａ、１０ｂのインダクタンス成分を抑制できる。

また、基体２の第１面と垂直な方向において、基体２の第１面と誘電体基板５との距離は、基体２の第１面とリード４の誘電体基板５側の端部との距離よりも大きい。つまり、誘電体基板５および信号線路７の下端は、リード４の上端面４１よりも高い位置に設けられる。ワイヤ１０ａ、１０ｂは、リード４ａ、４ｂの上端面４１と信号線路７ａ、７ｂとを電気的に接続する。

比較例に係る半導体装置８００ａ、８００ｂでは、リード４と導体ブロック６との間に信号線路７、誘電体基板５および裏面導体８が挿入される。この構造では、基体２に対するリード４の固定位置のばらつきにより、リード４と導体ブロック６との間に信号線路７、誘電体基板５および裏面導体８を挿入できない可能性がある。

これに対し本実施の形態では、リード４と導体ブロック６との間に信号線路７、誘電体基板５および裏面導体８を挿入する必要がない。このため、上記の不具合が発生することがない。

また、一般にワイヤ１０ａ、１０ｂは、信号線路７およびリード４よりも変形し易い。このため、誘電体基板５に発生する応力を低減することができ、製品の信頼性を向上することができる。

また、リード４ａと信号線路７ａおよびリード４ｂと信号線路７ｂは、それぞれ１本のワイヤで接続される。これに限らず、リード４と信号線路７は２本以上のワイヤで接続されても良い。これにより、ワイヤによるインダクタンス成分を低減できる。従って、半導体レーザ１へ伝達される電気信号の品質を向上できる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る半導体装置３００の断面図である。図１２は、図１１をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。図１３は、図１２の破線で囲った部分の拡大図である。半導体装置３００において、リード４ａ、４ｂと信号線路７ａ、７ｂとを電気的に接続する接続部材は、接合材９ａ、９ｂである。接合材９ａ、９ｂは、例えばはんだ等の金属接合材である。また、誘電体基板５および信号線路７の下端は、リード４の上端面４１よりも高い位置に設けられる。接合材９ａ、９ｂでは、リード４ａ、４ｂの上端面４１と信号線路７ａ、７ｂとを電気的に接続する。

本実施の形態においても、実施の形態２と同様に、リード４と導体ブロック６との間に信号線路７、誘電体基板５および裏面導体８を挿入する必要がない。また、接続部材として接合材９ａ、９ｂを用いることで、接続部材としてワイヤ１０ａ、１０ｂが用いられる場合よりもインダクタンス成分を低減することができる。従って、半導体レーザ１に伝達される電気信号の品質を向上させることができる。

実施の形態４．
図１４は、実施の形態４に係る半導体装置４００の断面図である。図１５は、図１４をＢ−Ｂ直線で切断することで得られる断面図である。図１６は、図１５の破線で囲った部分の拡大図である。半導体装置４００では、誘電体基板５の第１主面と垂直な方向で、リード４と信号線路７は対向する。リード４のうち信号線路７と対向する部分と、信号線路７とは、接合材９ａ、９ｂで電気的に接続される。

本実施の形態では、実施の形態２、３の半導体装置２００、３００よりも、誘電体基板５を薄くすることができる。従って、誘電体基板５の面積を縮小することができる。

実施の形態５．
誘電体基板５は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）または炭化ケイ素（ＳｉＣ）から形成される。熱伝導率は、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３の順で高い。また、熱膨張率はＳｉＣ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３の順で低い。

導体ブロック６は、例えばＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板、Ｓｔｅｅｌ Ｐｌａｔｅ Ｃｏｌｄ Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ）、コバールまたは銅タングステンから形成される。銅タングステンは、例えばＣｕＷ（１０／９０）、ＣｕＷ（２０／８０）である。熱伝導率は、ＣｕＷ（２０／８０）、ＣｕＷ（１０／９０）、ＳＰＣＣ、コバールの順で高い。熱膨張率はコバール、ＣｕＷ（１０／９０）、ＣｕＷ（２０／８０）、ＳＰＣＣの順で低い。

誘電体基板５と導体ブロック６の材質は、熱応力により半導体レーザ１および誘電体基板５が破損しない範囲で適宜組み合わせることができる。実施の形態３、４に係る半導体装置３００、４００は、信号線路７とリード４との間の電気的接続に接合材９ａ、９ｂが用いられる。このため、誘電体基板５には比較的大きな熱応力がかかる可能性がある。従って、誘電体基板５と導体ブロック６の熱膨張率を整合させることが望ましい。

誘電体基板５の材質としてＡｌ２Ｏ３を用いるのであれば、導体ブロック６の材質は例えば、ＣｕＷ（１０／９０）を用いるのが望ましい。Ａｌ２Ｏ３の熱膨張率は６．９〜７．２ｐｐｍ／Ｋであり、ＣｕＷ（１０／９０）の熱膨張率は７ｐｐｍ／Ｋである。誘電体基板５の材質としてＡｌＮを用いるのであれば、導体ブロック６の材質はコバールを用いるのが望ましい。ＡｌＮの熱膨張率は４．６ｐｐｍ／Ｋであり、コバールの熱膨張率は５．１ｐｐｍ／Ｋである。

実施の形態２に係る半導体装置２００にように、信号線路７とリード４との間の電気的接続にワイヤ１０ａ、１０ｂを用いる場合は、誘電体基板５にかかる熱応力は比較的小さくなる。従って、誘電体基板５と導体ブロック６との熱膨張係数を整合させるよりも、熱伝導率の高い材質を選択することを優先しても良い。これにより、半導体レーザ１の放熱性を向上できる。例えば、誘電体基板５の材質としてＡｌＮを用い、導体ブロック６の材質としてＣｕＷ（２０／８０）を用いるのが良い。ＡｌＮの熱伝導率は１７０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＣｕＷ（２０／８０）の熱伝導率は２００Ｗ／ｍ・Ｋである。

基体２と導体ブロック６はＳＰＣＣまたはコバールから形成され、一体化されていても良い。基体２の材質には、一般にＳＰＣＣまたはコバールが用いられることが多い。従って、導体ブロック６の材質としてＳＰＣＣまたはコバールを選択することで、基体２と導体ブロック６を一体化することができる。このとき、基体２と導体ブロック６の形状を、プレス成形または切削などの手法により、まとめて形成することができる。

誘電体基板５の材質をＡｌＮとし、導体ブロック６の材質をＳＰＣＣとしても良い。ＳＰＣＣの熱膨張率は７３．３Ｗ／ｍ・Ｋである。これにより、半導体レーザ１の放熱性を高めつつ、基体２と導体ブロック６とを一体化して生産性を高めることができる。

誘電体基板５の材質として挙げたＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮは、この順で比誘電率が高い。比誘電率が大きいほど、信号線路７のインピーダンスは小さくなる。したがって、信号線路７の特性インピーダンスを予め定められた最適値に調整しようとする場合、比誘電率が高いＡｌ２Ｏ３またはＳｉＣを用いると良い。これにより、信号線路７ａ、７ｂの線路幅を狭くすることができ、誘電体基板５を小型化できる。

リード４は例えば４２アロイ、５０アロイまたはコバールから形成される。５０アロイは、５０％Ｎｉ−Ｆｅであり、熱膨張率が９．９ｐｐｍ／Ｋである。４２アロイは４２％Ｎｉ−Ｆｅであり、熱膨張率が５ｐｐｍ／Ｋである。基体２の材質としてＳＰＣＣを用いる場合、リード４の材質として例えば５０アロイまたは４２アロイが用いられる。基体２の材質としてコバールを用いる場合、リード４の材質として例えばコバールが用いられる。

リード４の材質と誘電体基板５の材質は、誘電体基板５と半導体レーザ１が熱応力により破損しない範囲で適宜組み合わせることができる。例えば、リード４ａ、４ｂの材質としてコバールまたは４２アロイを用いる場合、誘電体基板５の材質をＡｌＮとすることで熱膨張率の不整合を抑制できる。従って、誘電体基板５および半導体レーザ１にかかる熱応力を軽減でき、製品の信頼性を向上することができる。リード４ａ、４ｂの材質として５０アロイを用いる場合、誘電体基板５の材質をＡｌ２Ｏ３とすることで熱膨張率の不整合を抑制できる。

実施の形態６．
図１７は、実施の形態６に係る半導体装置５００の平面図である。図１８は、実施の形態６に係る半導体装置５００の断面図である。半導体装置５００において、封止体３ａ、３ｂの直径φ２はφ０．９５ｍｍ、リード４ａ、４ｂの直径φ１はφ０．４３ｍｍである。また、平面視でリード４ａ、４ｂの中心間の距離Ｌ１は２ｍｍである。また、誘電体基板５の厚さＴ１は０．２ｍｍ、材質はＡｌＮ、比誘電率は約９である。また、誘電体基板５に形成された信号線路７ａ、７ｂの厚さは０．５μｍとする。また、半導体レーザ１の厚さＴ２は０．１ｍｍ以下とする。

差動信号で駆動される半導体レーザ用の駆動回路の差動インピーダンスは５０Ωに設定されることが多い。従って、誘電体基板５に形成された信号線路７ａ、７ｂの差動インピーダンスを５０Ωに近い値とすることで、半導体レーザ１へ高品質な電気信号を伝送することができる。本実施の形態では、信号線路７ａ、７ｂの差動インピーダンスを４０Ω以上に調整すると、信号線路７ａ、７ｂの線路幅Ｗ１は１ｍｍ未満となる。これにより、誘電体基板５のｘ軸方向の長さＬ２を３ｍｍ未満に設計できる。なお、信号線路７ａ、７ｂの差動インピーダンスは、最適値である５０Ωであっても良い。このように、本実施の形態では一対の信号線路７ａ、７ｂの差動インピーダンスを４０Ω以上とし、誘電体基板５の基体２の第１面に沿った方向の長さＬ２を３ｍｍ未満とすることができる。

なお、図５に示されるような封止体３が裏面導体８の直下まで進入していない比較例では、リード４と信号線路７との間の距離を半導体装置５００と同程度にするには、誘電体基板５の厚さＴ１を０．４８ｍｍ程度にする必要がある。これは封止体３の半径に相当する厚さである。この場合、信号線路７ａ、７ｂの特性インピーダンスを半導体装置５００と同程度にするには、信号線路７ａ、７ｂの線路幅を１．７ｍｍ以上にする必要がある。このとき、誘電体基板５のｘ軸方向における長さＬ２は少なくとも３．４ｍｍ以上になる。

図１９は、実施の形態６に係る半導体装置５００にキャップ１２を取り付けた状態を示す断面図である。図１９には、ＴＯ−ＣＡＮの完成形の一例が示されている。キャップ１２には、半導体レーザ１が発するレーザ光を透過させるガラス開口部１１が設けられる。キャップ１２は、パッケージを気密封止する。これにより、半導体レーザ１が外気に触れることによる品質劣化を防ぐことができる。

ここで、安価に流通するキャップ１２の内径φ３は、一般に約φ３ｍｍである。比較例に係る半導体装置８００ｂでは、誘電体基板５の長さＬ２は少なくとも３．４ｍｍ以上になる。このため、内径がφ３ｍｍ程度の安価なキャップ１２を適用できない。これに対し、本実施の形態では、誘電体基板５の長さＬ２を３ｍｍ未満に設計することが出来る。従って、安価なキャップ１２を容易に適用することができる。

実施の形態７．
図２０は、実施の形態７に係る計測システム５０の斜視図である。計測システム５０は、半導体レーザ用ＴＯ−ＣＡＮパッケージの電気、光学特性を測定する。計測システム５０は、通電治具５１、光ファイバ５３および計測器５４を備える。通電治具５１は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージのリード４が差し込まれ、半導体レーザ１に通電を行うためのリード差し込み孔５２を有する。また、光ファイバ５３は、半導体レーザ１が出射したレーザ光を計測器５４に導入する。計測器５４は、光ファイバ５３から導入されたレーザ光について、種々の電気、光学特性を計測する。

光ファイバ５３のｘｙ平面における位置は、２つのリード差し込み孔５２の中心同士を結ぶ線分の中点Ｍ２と一致する。過去に普及していた伝送速度が１Ｇｂｐｓ程度の低速ＴＯ−ＣＡＮ製品では、平面視で半導体レーザの発光点が２本のリードの中心同士を結ぶ線分の中点に位置する製品が多かった。このため、計測システム５０では、図２０に示されるような構成が採用されていることが多い。

図２１は、実施の形態７の比較例に係る半導体装置９００の平面図である。半導体装置９００では、封止体３がｙ軸方向において裏面導体８と導体ブロック６とが接する面よりも導体ブロック６側へ進入していない。この場合、裏面導体８と導体ブロック６とが接する面は、２本のリード４ａ、４ｂの中心同士を結ぶ線分に対して、ｙ軸方向に少なくとも約０．４８ｍｍ離れる。これは封止体３の半径に相当する距離である。ここで、比較例に係る半導体装置９００では、誘電体基板５の面積を縮小するために、誘電体基板５の厚さＴ１を実施の形態６と同等の０．２ｍｍ程度に薄くしているものとする。このように、比較例に係る半導体装置９００では、半導体レーザ１のｘｙ平面における発光点の位置は、リード４ａ、４ｂの中心同士を結ぶ線分よりも＋ｙ方向にずれる。

図２２は、通電治具５１に比較例に係る半導体装置９００を取り付けた状態を示す斜視図である。この場合、レーザ光の主光線８０が光ファイバ５３の光軸と一致しない。従って、光ファイバ５３に導入される光量が不足する。これにより、電気、光学特性の測定精度が低下するおそれがある。

図２３は、通電治具５１に実施の形態６に係る半導体装置５００を取り付けた状態を示す斜視図である。図１７に示されるように、半導体装置５００では、一対のリード４ａ、４ｂが延びる方向から見て、一対のリード４ａ、４ｂの中心を繋ぐ線分の中点Ｍ１と、半導体レーザ１の発光点は重なる。つまり、ｘｙ平面において半導体レーザ１の発光点は、リード４ａ、４ｂの中心同士を繋ぐ線分の中点Ｍ１に位置する。

このとき、レーザ光の主光線８０は光ファイバ５３の光軸と一致する。従って、光ファイバ５３に効率良くレーザ光を導入することができる。これにより、理想的な電気、光学特性の計測が可能になる。

各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。

１ 半導体レーザ、２ 基体、３、３ａ、３ｂ 封止体、４、４ａ、４ｂ リード、５ 誘電体基板、６、６ａ 導体ブロック、７、７ａ、７ｂ 信号線路、８ 裏面導体、９ａ、９ｂ 接合材、１０ａ、１０ｂ ワイヤ、１１ ガラス開口部、１２ キャップ、４１ 上端面、５０ 計測システム、５１ 通電治具、５２ 差し込み孔、５３ 光ファイバ、５４ 計測器、８０ 主光線、１００、１００ａ、２００、３００、４００、５００、８００ａ、８００ｂ 半導体装置、８０５ｂ 誘電体基板、８０６ 導体ブロック、９００ 半導体装置

Claims (15)

1. 第１面と、前記第１面と反対側の第２面を有し、前記第１面から前記第２面に貫通する貫通孔が形成された基体と、
   前記貫通孔を通り、前記基体の前記第１面側に延びるリードと、
   前記リードと、前記貫通孔を形成する前記基体の側面との間を埋める封止体と、
   前記基体の前記第１面に対して立った状態で設けられた第１主面と、前記第１主面と反対側の面であり、前記基体の前記第１面に対して立った状態で設けられた第２主面と、を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板の前記第１主面側に設けられた半導体レーザと、
   前記誘電体基板の前記第１主面に設けられ、前記半導体レーザと電気的に接続された信号線路と、
   前記信号線路と前記リードを電気的に接続する接続部材と、
   前記誘電体基板の前記第２主面に設けられた裏面導体と、
   を備え、
   前記第１面と垂直な方向から見て、前記封止体は前記裏面導体の直下に設けられ、
   前記第１面と垂直な方向から見て、前記封止体は、前記裏面導体に対して前記誘電体基板と反対側の領域に設けられ、
   前記接続部材は接合材であることを特徴とする半導体装置。
2. 第１面と、前記第１面と反対側の第２面を有し、前記第１面から前記第２面に貫通する貫通孔が形成された基体と、
   前記貫通孔を通り、前記基体の前記第１面側に延びるリードと、
   前記リードと、前記貫通孔を形成する前記基体の側面との間を埋める封止体と、
   前記基体の前記第１面に対して立った状態で設けられた第１主面と、前記第１主面と反対側の面であり、前記基体の前記第１面に対して立った状態で設けられた第２主面と、を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板の前記第１主面側に設けられた半導体レーザと、
   前記誘電体基板の前記第１主面に設けられ、前記半導体レーザと電気的に接続された信号線路と、
   前記信号線路と前記リードを電気的に接続する接続部材と、
   前記誘電体基板の前記第２主面に設けられた裏面導体と、
   前記基体の前記第１面側で、前記裏面導体を介して前記誘電体基板を保持する導体ブロックと、
   を備え、
   前記第１面と垂直な方向から見て、前記封止体は前記裏面導体の直下に設けられ、
   前記裏面導体は、
   前記誘電体基板の前記第１主面と垂直な方向から見て前記半導体レーザと重なる部分に設けられた前記導体ブロックとの接触部分と、
   前記基体の前記第１面に沿った方向での前記接触部分の少なくとも一方の側に設けられ、前記導体ブロックと離れた離間部分と、
   を有することを特徴とする半導体装置。
3. 前記基体の前記第１面と垂直な方向から見て、前記封止体は前記離間部分と前記導体ブロックとの間に突出していることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記基体の前記第１面と垂直な方向での、前記基体の前記第１面と前記誘電体基板との距離は、前記基体の前記第１面と垂直な方向での、前記基体の前記第１面と前記リードの前記誘電体基板側の端部との距離よりも大きいことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
5. 前記誘電体基板の前記第１主面と垂直な方向で、前記リードと前記信号線路は対向し、
   前記リードのうち前記信号線路と対向する部分と前記信号線路とは、前記接続部材で電気的に接続され、
   前記接続部材は、接合材であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の半導体装置。
6. 前記基体に形成された一対の前記貫通孔をそれぞれ通り、前記基体の前記第１面側に延びる一対の前記リードと、
   前記半導体レーザと電気的に接続され、前記一対のリードからの差動信号を前記半導体レーザに伝送する一対の前記信号線路と、
   を備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の半導体装置。
7. 前記一対の信号線路の差動インピーダンスは４０Ω以上であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記誘電体基板の前記基体の前記第１面に沿った方向の長さは３ｍｍ未満であることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置。
9. 第１面と、前記第１面と反対側の第２面を有し、前記第１面から前記第２面に貫通する一対の貫通孔が形成された基体と、
   前記一対の貫通孔をそれぞれ通り、前記基体の前記第１面側に延びる一対のリードと、
   前記リードと、前記貫通孔を形成する前記基体の側面との間を埋める封止体と、
   前記基体の前記第１面に対して立った状態で設けられた第１主面と、前記第１主面と反対側の面であり、前記基体の前記第１面に対して立った状態で設けられた第２主面と、を有する誘電体基板と、
   前記誘電体基板の前記第１主面側に設けられた半導体レーザと、
   前記誘電体基板の前記第１主面に設けられ、前記半導体レーザと電気的に接続され、前記一対のリードからの差動信号を前記半導体レーザに伝送する一対の信号線路と、
   前記信号線路と前記リードを電気的に接続する接続部材と、
   前記誘電体基板の前記第２主面に設けられた裏面導体と、
   を備え、
   前記第１面と垂直な方向から見て、前記封止体は前記裏面導体の直下に設けられ、
   前記一対のリードが延びる方向から見て、前記一対のリードの中心を繋ぐ線分の中点と、前記半導体レーザの発光点は重なることを特徴とする半導体装置。
10. 前記誘電体基板は、アルミナ、窒化アルミニウムまたは炭化ケイ素から形成されることを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の半導体装置。
11. 前記導体ブロックは、ＳＰＣＣ、コバールまたは銅タングステンから形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
12. 前記基体と前記導体ブロックはＳＰＣＣから形成され、一体化されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
13. 前記基体と前記導体ブロックはコバールから形成され、一体化されていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
14. 前記リードは４２アロイ、５０アロイまたはコバールから形成されることを特徴とする請求項１から１３の何れか１項に記載の半導体装置。
15. 前記接続部材はワイヤであり、
    前記誘電体基板は窒化アルミニウムから形成され、前記導体ブロックは銅タングステンから形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。

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