JPH1041529A - 光半導体装置 - Google Patents
光半導体装置Info
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- JPH1041529A JPH1041529A JP8197714A JP19771496A JPH1041529A JP H1041529 A JPH1041529 A JP H1041529A JP 8197714 A JP8197714 A JP 8197714A JP 19771496 A JP19771496 A JP 19771496A JP H1041529 A JPH1041529 A JP H1041529A
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- Japan
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- receiving element
- substrate
- mounting substrate
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造コストが低下するとともに、受光素子の
板厚がばらついても、受光素子は実装基板に強固に固定
される光半導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に少なくとも吸収層を含む
積層構造を設け、該積層構造上にアノード電極２７とカ
ソード電極２８を形成した基板透過型受光素子１６を、
表面に少なくとも凹部１７及び電気配線１８ａ、１８ｂ
を有する実装基板１の前記凹部１７に、電極面が前記凹
部１７の側面に対向するように設置し、前記受光素子１
６のアノード電極２７とカソード電極２８を前記電気配
線１８ａ、１８ｂとボール状の半田材２９を溶融して接
続する。
板厚がばらついても、受光素子は実装基板に強固に固定
される光半導体装置を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に少なくとも吸収層を含む
積層構造を設け、該積層構造上にアノード電極２７とカ
ソード電極２８を形成した基板透過型受光素子１６を、
表面に少なくとも凹部１７及び電気配線１８ａ、１８ｂ
を有する実装基板１の前記凹部１７に、電極面が前記凹
部１７の側面に対向するように設置し、前記受光素子１
６のアノード電極２７とカソード電極２８を前記電気配
線１８ａ、１８ｂとボール状の半田材２９を溶融して接
続する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信および光情
報処理機器に用いられる光半導体装置に関する。
報処理機器に用いられる光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光通信および光情報処理機器に用
いられる光半導体装置には、高感度化、高速化、小型化
などが要求されている。以下の説明では、光半導体装置
の中で特に半導体受光装置を例に取り説明する。従来の
光通信および光情報処理機器に用いられる半導体受光装
置の一例を図４に示す。図４において、絶縁性シリコン
などからなる実装基板１には精密に加工されたＶ型の溝
２に光ファイバ３が設置され、また、実装基板１上には
薄膜光導波路４が設けられている。外部信号は、光ファ
イバ３または薄膜光導波路４を経て端面入射型の受光素
子５に導かれる。受光素子５は図５に示すように、実装
基板１上に設置されている。即ち、受光素子５の上面電
極６ａは実装基板１上のパターン化された電気配線７ａ
に金ワイヤー８で接続されている。また、下面電極６ｂ
はパターン化された電気配線７ｂに直接半田付けされて
いる。ここで、３ａは光ファイバ３のコア部、９は入力
信号光、１０は受光素子５への入力光である。
いられる光半導体装置には、高感度化、高速化、小型化
などが要求されている。以下の説明では、光半導体装置
の中で特に半導体受光装置を例に取り説明する。従来の
光通信および光情報処理機器に用いられる半導体受光装
置の一例を図４に示す。図４において、絶縁性シリコン
などからなる実装基板１には精密に加工されたＶ型の溝
２に光ファイバ３が設置され、また、実装基板１上には
薄膜光導波路４が設けられている。外部信号は、光ファ
イバ３または薄膜光導波路４を経て端面入射型の受光素
子５に導かれる。受光素子５は図５に示すように、実装
基板１上に設置されている。即ち、受光素子５の上面電
極６ａは実装基板１上のパターン化された電気配線７ａ
に金ワイヤー８で接続されている。また、下面電極６ｂ
はパターン化された電気配線７ｂに直接半田付けされて
いる。ここで、３ａは光ファイバ３のコア部、９は入力
信号光、１０は受光素子５への入力光である。
【０００３】ところで、端面入射型の受光素子には以下
のような課題があった。第１の課題は、端面入射型の受
光素子のスポットサイズは光ファイバや光導波路のモー
ドフィールド径に対して小さいため、わずかな光軸ずれ
によって光の結合効率が大幅に低下するということであ
る。また、第２の課題は、入射光の偏波面が揺らぐと、
受光感度が変調され、いわゆる偏波モード依存の競合雑
音が生じ、受信感度が低下するということである。さら
に、第３の課題は、例えば端面入射型のp-i-n ホトダイ
オード（PIN-PD)の製作技術は、垂直面入射型PIN-PDの
製作技術よりも難しく、暗電流の低減に限界があるとい
うことである。
のような課題があった。第１の課題は、端面入射型の受
光素子のスポットサイズは光ファイバや光導波路のモー
ドフィールド径に対して小さいため、わずかな光軸ずれ
によって光の結合効率が大幅に低下するということであ
る。また、第２の課題は、入射光の偏波面が揺らぐと、
受光感度が変調され、いわゆる偏波モード依存の競合雑
音が生じ、受信感度が低下するということである。さら
に、第３の課題は、例えば端面入射型のp-i-n ホトダイ
オード（PIN-PD)の製作技術は、垂直面入射型PIN-PDの
製作技術よりも難しく、暗電流の低減に限界があるとい
うことである。
【０００４】そこで、端面入射型の受光素子の代わり
に、垂直面入射型の受光素子が半導体受光装置に用いら
れるようになった。図６は、垂直面入射型の受光素子を
用いた半導体受光装置の説明図である。図６において、
垂直面入射型の受光素子１１は実装基板１に設けられた
凹部１２に埋め込まれて、実装基板１に垂直に立てられ
ており、かつ、光ファイバ３に対して入射面が垂直にな
っている。この受光素子１１の電極１３は実装基板１上
の電気配線７と金ワイヤー８で接続されている。この金
ワイヤー８は、実装基板１上の電気配線７および受光素
子１１上の電極１３にボールボンディングで接続されて
いるが、電気配線７との接続部分における金ワイヤー８
の方向Ａ（実装基板１に垂直）と、電極１３との接続部
分における金ワイヤー８の方向Ｂ（実装基板１に平行）
とは９０°の角度をなしている。従って、金ワイヤー８
は電気配線７と電極１３の間で方向を２７０°変えてい
ることになる。このように金ワイヤー８が方向を変える
ように空中配線されると、寄生インダクタンスが生じ、
この寄生インダクタンスは感度低下および応答速度低下
の原因となる。
に、垂直面入射型の受光素子が半導体受光装置に用いら
れるようになった。図６は、垂直面入射型の受光素子を
用いた半導体受光装置の説明図である。図６において、
垂直面入射型の受光素子１１は実装基板１に設けられた
凹部１２に埋め込まれて、実装基板１に垂直に立てられ
ており、かつ、光ファイバ３に対して入射面が垂直にな
っている。この受光素子１１の電極１３は実装基板１上
の電気配線７と金ワイヤー８で接続されている。この金
ワイヤー８は、実装基板１上の電気配線７および受光素
子１１上の電極１３にボールボンディングで接続されて
いるが、電気配線７との接続部分における金ワイヤー８
の方向Ａ（実装基板１に垂直）と、電極１３との接続部
分における金ワイヤー８の方向Ｂ（実装基板１に平行）
とは９０°の角度をなしている。従って、金ワイヤー８
は電気配線７と電極１３の間で方向を２７０°変えてい
ることになる。このように金ワイヤー８が方向を変える
ように空中配線されると、寄生インダクタンスが生じ、
この寄生インダクタンスは感度低下および応答速度低下
の原因となる。
【０００５】そこで、このような特性の低下を回避する
ため、図７に示すように、平面から端面におよぶ電気配
線１４を施したセラミックなどの絶縁性の素子保持用基
板１５を用い、その上に垂直面入射型の受光素子１１を
搭載する。そうして、受光素子１１の電極１３と素子保
持用基板１５の平面上の電気配線１４ａ間、および素子
保持用基板１５の端面上の電気配線１４ｂと実装基板１
上のパターン化された電気配線７間を金ワイヤー８で接
続する。そうすると、素子保持用基板１５の端面上の電
気配線１４ｂと実装基板１上の電気配線７間を結ぶ金ワ
イヤー８の両端の方向ＣとＤは方向を１８０°変えてい
ることになり、図６に示した金ワイヤー８の配線の場合
よりも寄生インダクタンスが減少する。
ため、図７に示すように、平面から端面におよぶ電気配
線１４を施したセラミックなどの絶縁性の素子保持用基
板１５を用い、その上に垂直面入射型の受光素子１１を
搭載する。そうして、受光素子１１の電極１３と素子保
持用基板１５の平面上の電気配線１４ａ間、および素子
保持用基板１５の端面上の電気配線１４ｂと実装基板１
上のパターン化された電気配線７間を金ワイヤー８で接
続する。そうすると、素子保持用基板１５の端面上の電
気配線１４ｂと実装基板１上の電気配線７間を結ぶ金ワ
イヤー８の両端の方向ＣとＤは方向を１８０°変えてい
ることになり、図６に示した金ワイヤー８の配線の場合
よりも寄生インダクタンスが減少する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図７に
示した垂直面入射型の受光素子１１を用いた半導体受光
装置には、素子保持用基板１５を使用するため、および
ボールボンディング箇所が４箇所に増加するため、製造
コストが上昇するという問題があった。
示した垂直面入射型の受光素子１１を用いた半導体受光
装置には、素子保持用基板１５を使用するため、および
ボールボンディング箇所が４箇所に増加するため、製造
コストが上昇するという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、請求項１記載の発明は、実装
基板上に少なくとも受光素子と、該受光素子と接続する
電気配線を有する光半導体装置において、前記受光素子
は、半導体基板上に少なくとも吸収層を含む半導体積層
構造と、該半導体積層構造上にアノード電極とカソード
電極を有する基板透過型受光素子であり、前記受光素子
は実装基板上に設けた凹部に、電極面が該凹部側壁に対
向するように設置され、前記アノード電極とカソード電
極は、前記凹部の上縁部において前記電気配線と電気的
に接続されていることを特徴とするものである。また、
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光半導体装置に
おいて、実装基板上に前記凹部に至る溝が設けられ、該
溝に光ファイバが設置されていることを特徴とするもの
である。
決すべくなされたもので、請求項１記載の発明は、実装
基板上に少なくとも受光素子と、該受光素子と接続する
電気配線を有する光半導体装置において、前記受光素子
は、半導体基板上に少なくとも吸収層を含む半導体積層
構造と、該半導体積層構造上にアノード電極とカソード
電極を有する基板透過型受光素子であり、前記受光素子
は実装基板上に設けた凹部に、電極面が該凹部側壁に対
向するように設置され、前記アノード電極とカソード電
極は、前記凹部の上縁部において前記電気配線と電気的
に接続されていることを特徴とするものである。また、
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光半導体装置に
おいて、実装基板上に前記凹部に至る溝が設けられ、該
溝に光ファイバが設置されていることを特徴とするもの
である。
【０００８】請求項１記載の構造の光半導体装置では、
素子保持用基板が不要になり、また、ワイヤーボンディ
ング工程も不要になるため、部品数および工数が低減
し、従来よりも製造コストが低下する。さらに、受光素
子は少なくとも片面２か所で半田材で実装基板の電気配
線と接続するとともに、前記実装基板に固定されるの
で、受光素子の板厚がばらついても、受光素子は実装基
板に強固に固定され、構造が安定化する。また、請求項
２記載の光半導体装置では、光ファイバの位置決め、配
置が容易になる。
素子保持用基板が不要になり、また、ワイヤーボンディ
ング工程も不要になるため、部品数および工数が低減
し、従来よりも製造コストが低下する。さらに、受光素
子は少なくとも片面２か所で半田材で実装基板の電気配
線と接続するとともに、前記実装基板に固定されるの
で、受光素子の板厚がばらついても、受光素子は実装基
板に強固に固定され、構造が安定化する。また、請求項
２記載の光半導体装置では、光ファイバの位置決め、配
置が容易になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる光
半導体装置の一実施形態を示す斜視図である。図中、従
来の技術の説明に用いた図と同一の箇所には同一符号を
用いた。また、図２は、上記光半導体装置の一実施形態
に使用された基板透過型受光素子の断面図である。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる光
半導体装置の一実施形態を示す斜視図である。図中、従
来の技術の説明に用いた図と同一の箇所には同一符号を
用いた。また、図２は、上記光半導体装置の一実施形態
に使用された基板透過型受光素子の断面図である。
【００１０】図１に示した本実施形態の光半導体装置に
用いた基板透過型受光素子１６は、図２に示すように、
ｎ−ＩｎＰ基板２１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２２、ノ
ンドープＩｎＧａＡｓ吸収層２３、ノンドープＩｎＰ窓
層２４を順次積層し、さらに、Ｚｎによるｐ型拡散層２
５、ＳｉＮパッシベーション膜２６を形成し、ｐ型拡散
層２５上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕアノード電極２７、ｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層２２上にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕカソード
電極２８を形成したものである。２９はＰｂＳｎあるい
はＡｕＳｎなどからなるボール状の半田材である。
用いた基板透過型受光素子１６は、図２に示すように、
ｎ−ＩｎＰ基板２１上にｎ−ＩｎＰバッファ層２２、ノ
ンドープＩｎＧａＡｓ吸収層２３、ノンドープＩｎＰ窓
層２４を順次積層し、さらに、Ｚｎによるｐ型拡散層２
５、ＳｉＮパッシベーション膜２６を形成し、ｐ型拡散
層２５上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕアノード電極２７、ｎ−Ｉ
ｎＰバッファ層２２上にＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕカソード
電極２８を形成したものである。２９はＰｂＳｎあるい
はＡｕＳｎなどからなるボール状の半田材である。
【００１１】また、本実施形態の光半導体装置に用いた
実装基板１は絶縁性シリコンからなり、その表面には、
図１に示すように、光信号入力用の光ファイバ３が設置
されるＶ型の溝２と、基板透過型受光素子１６が挿入、
装着される凹部１７が設けられており、前記凹部１７の
上縁部には電気配線１８ａ、１８ｂが配設されている。
実装基板１は絶縁性シリコンからなり、その表面には、
図１に示すように、光信号入力用の光ファイバ３が設置
されるＶ型の溝２と、基板透過型受光素子１６が挿入、
装着される凹部１７が設けられており、前記凹部１７の
上縁部には電気配線１８ａ、１８ｂが配設されている。
【００１２】基板透過型受光素子１６の実装基板１表面
の凹部１７への装着は、電極面が凹部１７の側壁に対向
するように行われている。この状態で、基板透過型受光
素子１６のアノード電極２７およびカソード電極２８
と、凹部１７の上縁部に配設された電気配線１８ａ、１
８ｂをボール状の半田材２９を溶融して電気的に接続す
るとともに、基板透過型受光素子１６を実装基板１に固
定している。
の凹部１７への装着は、電極面が凹部１７の側壁に対向
するように行われている。この状態で、基板透過型受光
素子１６のアノード電極２７およびカソード電極２８
と、凹部１７の上縁部に配設された電気配線１８ａ、１
８ｂをボール状の半田材２９を溶融して電気的に接続す
るとともに、基板透過型受光素子１６を実装基板１に固
定している。
【００１３】前記半田材２９の大きさは、図３に示すよ
うに、溶融した半田材３０が実装基板１の電気配線１８
ａ（または１８ｂ）と基板透過型受光素子１６のアノー
ド電極２７（またはカソード電極２８）との間隙を埋め
るに十分な大きさであり、かつ、アノード電極２７とカ
ソード電極２８間を短絡しない程度の大きさとする。ま
た、前記凹部１７は、基板透過型受光素子１６の幅より
も少し広い大きさ（例えば１０μｍ以上）としておくと
よい。そうすると、基板透過型受光素子１６の幅がばら
ついても、電極面を凹部１７の側壁に対向させた状態
で、電気配線１８ａ、１８ｂとアノード電極２７および
カソード電極２８の位置合わせを行い、半田などで電気
配線１８ａ、１８ｂとアノード電極２７およびカソード
電極２８を接合することができる。なお、基板透過型受
光素子１６の電極面は凹部１７の側壁に必ずしも接して
いる必要はない。
うに、溶融した半田材３０が実装基板１の電気配線１８
ａ（または１８ｂ）と基板透過型受光素子１６のアノー
ド電極２７（またはカソード電極２８）との間隙を埋め
るに十分な大きさであり、かつ、アノード電極２７とカ
ソード電極２８間を短絡しない程度の大きさとする。ま
た、前記凹部１７は、基板透過型受光素子１６の幅より
も少し広い大きさ（例えば１０μｍ以上）としておくと
よい。そうすると、基板透過型受光素子１６の幅がばら
ついても、電極面を凹部１７の側壁に対向させた状態
で、電気配線１８ａ、１８ｂとアノード電極２７および
カソード電極２８の位置合わせを行い、半田などで電気
配線１８ａ、１８ｂとアノード電極２７およびカソード
電極２８を接合することができる。なお、基板透過型受
光素子１６の電極面は凹部１７の側壁に必ずしも接して
いる必要はない。
【００１４】上記構造の光半導体装置において、光ファ
イバ３は基板透過型受光素子１６の受光面に直交するよ
うに配置されて、光信号が光ファイバ３から基板透過型
受光素子１６に入射する。
イバ３は基板透過型受光素子１６の受光面に直交するよ
うに配置されて、光信号が光ファイバ３から基板透過型
受光素子１６に入射する。
【００１５】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の本発
明によれば、実装基板上に少なくとも受光素子と、該受
光素子と接続する電気配線を有する光半導体装置におい
て、前記受光素子は、半導体基板上に少なくとも吸収層
を含む半導体積層構造と、該半導体積層構造上にアノー
ド電極とカソード電極を有する基板透過型受光素子であ
り、前記受光素子は、実装基板上に設けた凹部に電極面
が該凹部側壁に対向するように設置され、前記アノード
電極とカソード電極は、前記凹部の上縁部において前記
電気配線と電気的に接続されているため、製造コストが
低下するとともに、受光素子の板厚がばらついても、受
光素子は実装基板に強固に固定され、構造が安定化する
という優れた効果がある。また、請求項２記載の発明に
よれば、実装基板上に前記凹部に至る溝が設けられ、該
溝に光ファイバが設置されているため、光ファイバの位
置決め、配置が容易になるという優れた効果がある。
明によれば、実装基板上に少なくとも受光素子と、該受
光素子と接続する電気配線を有する光半導体装置におい
て、前記受光素子は、半導体基板上に少なくとも吸収層
を含む半導体積層構造と、該半導体積層構造上にアノー
ド電極とカソード電極を有する基板透過型受光素子であ
り、前記受光素子は、実装基板上に設けた凹部に電極面
が該凹部側壁に対向するように設置され、前記アノード
電極とカソード電極は、前記凹部の上縁部において前記
電気配線と電気的に接続されているため、製造コストが
低下するとともに、受光素子の板厚がばらついても、受
光素子は実装基板に強固に固定され、構造が安定化する
という優れた効果がある。また、請求項２記載の発明に
よれば、実装基板上に前記凹部に至る溝が設けられ、該
溝に光ファイバが設置されているため、光ファイバの位
置決め、配置が容易になるという優れた効果がある。
【図１】本発明にかかる光半導体装置の一実施形態を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図２】上記実施形態に用いた基板過型受光素子の断面
図である。
図である。
【図３】図１に示した実施形態の基板透過型受光素子と
実装基板との接合状態の詳細説明図である。
実装基板との接合状態の詳細説明図である。
【図４】従来の半導体受光装置の説明図である。
【図５】図４に示した半導体受光装置の部分詳細説明図
である。
である。
【図６】垂直面入射型の受光素子を用いた半導体受光装
置の説明図である。
置の説明図である。
【図７】垂直面入射型の受光素子を用いた他の半導体受
光装置の説明図である。
光装置の説明図である。
１ 実装基板 ２ 溝 ３ 光ファイバ １６ 基板透過型受光素子 １７ 凹部 １８ａ、１８ｂ 電気配線 ２１ ｎ−ＩｎＰ基板 ２２ ｎ−ＩｎＰバッファ層 ２３ ノンドープＩｎＧａＡｓ吸
収層 ２４ ノンドープＩｎＰ窓層 ２５ ｐ型拡散層 ２６ ＳｉＮパッシベーション膜 ２７ アノード電極 ２８ カソード電極 ２９ ボール状の半田材 ３０ 溶けた半田材
収層 ２４ ノンドープＩｎＰ窓層 ２５ ｐ型拡散層 ２６ ＳｉＮパッシベーション膜 ２７ アノード電極 ２８ カソード電極 ２９ ボール状の半田材 ３０ 溶けた半田材
Claims (2)
- 【請求項１】 実装基板上に少なくとも受光素子と、該
受光素子と接続する電気配線を有する光半導体装置にお
いて、前記受光素子は、半導体基板上に少なくとも吸収
層を含む半導体積層構造と、該半導体積層構造上にアノ
ード電極とカソード電極を有する基板透過型受光素子で
あり、前記受光素子は実装基板上に設けた凹部に、電極
面が該凹部側壁に対向するように設置され、前記アノー
ド電極とカソード電極は、前記凹部の上縁部において前
記電気配線と電気的に接続されていることを特徴とする
光半導体装置。 - 【請求項２】 実装基板上に前記凹部に至る溝が設けら
れ、該溝に光ファイバが設置されていることを特徴とす
る請求項１記載の光半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8197714A JPH1041529A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 光半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8197714A JPH1041529A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 光半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1041529A true JPH1041529A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16379141
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8197714A Pending JPH1041529A (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 光半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1041529A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010137661A1 (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-02 | シチズンホールディングス株式会社 | 光源装置 |
-
1996
- 1996-07-26 JP JP8197714A patent/JPH1041529A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010137661A1 (ja) * | 2009-05-28 | 2010-12-02 | シチズンホールディングス株式会社 | 光源装置 |
| CN102449520A (zh) * | 2009-05-28 | 2012-05-09 | 西铁城控股株式会社 | 光源装置 |
| JP5294283B2 (ja) * | 2009-05-28 | 2013-09-18 | シチズンホールディングス株式会社 | 光源装置 |
| US8704447B2 (en) | 2009-05-28 | 2014-04-22 | Citizen Holdings Co., Ltd. | Light source device |
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