JPH1187849A - 光素子の実装構造 - Google Patents
光素子の実装構造Info
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- JPH1187849A JPH1187849A JP9237012A JP23701297A JPH1187849A JP H1187849 A JPH1187849 A JP H1187849A JP 9237012 A JP9237012 A JP 9237012A JP 23701297 A JP23701297 A JP 23701297A JP H1187849 A JPH1187849 A JP H1187849A
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0235—Method for mounting laser chips
- H01S5/02355—Fixing laser chips on mounts
- H01S5/0237—Fixing laser chips on mounts by soldering
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/11—Device type
- H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
- H01L2924/1204—Optical Diode
- H01L2924/12043—Photo diode
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光素子の活性層や吸収層に発生する内部応力
を小さくして信頼性の向上を図り、加えて集積化、小型
化に寄与できる技術を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ基板上の電極２に半田層３ー２を介
して光素子であるＬＤ４の電極５が接合されている。こ
こで、ＬＤ４の活性層６下の空洞領域３ー１は、半田接
合せず空間となっており、その外側は半田層領域３ー２
となっている。このような構成で、活性層真下の空洞領
域３ー１では、空間であるため応力フリーとなる。この
ため、その真下にある活性層は、空洞領域３ー１を設け
ない従来の構造に比べ内部応力が緩和される。これによ
り光素子の信頼性が向上する。
を小さくして信頼性の向上を図り、加えて集積化、小型
化に寄与できる技術を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ基板上の電極２に半田層３ー２を介
して光素子であるＬＤ４の電極５が接合されている。こ
こで、ＬＤ４の活性層６下の空洞領域３ー１は、半田接
合せず空間となっており、その外側は半田層領域３ー２
となっている。このような構成で、活性層真下の空洞領
域３ー１では、空間であるため応力フリーとなる。この
ため、その真下にある活性層は、空洞領域３ー１を設け
ない従来の構造に比べ内部応力が緩和される。これによ
り光素子の信頼性が向上する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザやフ
ォトダイオードなどの光素子を実装する光素子の実装構
造に関する。
ォトダイオードなどの光素子を実装する光素子の実装構
造に関する。
【０００２】
【従来技術】光ファイバなどの光伝送路と発光素子であ
る半導体レーザ（ＬＤ）や受光素子であるフォトダイオ
ード（ＰＤ）などの光素子を光結合させた光通信用の光
モジュールは、光通信システムを構成する上で重要なデ
バイスの１つである。
る半導体レーザ（ＬＤ）や受光素子であるフォトダイオ
ード（ＰＤ）などの光素子を光結合させた光通信用の光
モジュールは、光通信システムを構成する上で重要なデ
バイスの１つである。
【０００３】一般に、光モジュール内の光素子の実装構
造は、Ｓｉ基板などの光実装基板に半田を用いて接合さ
れている。このような構造は、（１９９５年電子情報通
信学会エレクトロニクスソサイアティ大会講演集、蔵田
他「表面実装型光モジュールの開発」講演番号ＳＣ−１
−１２）に記されている。
造は、Ｓｉ基板などの光実装基板に半田を用いて接合さ
れている。このような構造は、（１９９５年電子情報通
信学会エレクトロニクスソサイアティ大会講演集、蔵田
他「表面実装型光モジュールの開発」講演番号ＳＣ−１
−１２）に記されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】Ｓｉ基板などの光実装
基板に半田を用いて接合されている光素子は、光素子と
実装基板との熱膨張係数の違いにより、半田接合後の光
素子の活性層や吸収層に内部応力が残留する。このた
め、光素子が短命となり、光モジュールの信頼性を低下
させる。特に、ＬＤが並列につながっている多チャンネ
ルのアレイＬＤ等のアレイ光素子においては、単チャン
ネルの光素子に比べ、熱収縮量が大きいため内部応力が
大きく、更なる信頼性低下が懸念されていた。
基板に半田を用いて接合されている光素子は、光素子と
実装基板との熱膨張係数の違いにより、半田接合後の光
素子の活性層や吸収層に内部応力が残留する。このた
め、光素子が短命となり、光モジュールの信頼性を低下
させる。特に、ＬＤが並列につながっている多チャンネ
ルのアレイＬＤ等のアレイ光素子においては、単チャン
ネルの光素子に比べ、熱収縮量が大きいため内部応力が
大きく、更なる信頼性低下が懸念されていた。
【０００５】本発明は、以上のような点を考慮してなさ
れたもので、光素子の活性層や吸収層に発生する内部応
力を小さくして信頼性の向上を図り、加えて集積化、小
型化に寄与できる技術を提供することを目的とする。
れたもので、光素子の活性層や吸収層に発生する内部応
力を小さくして信頼性の向上を図り、加えて集積化、小
型化に寄与できる技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、実装基板の電極面上に半田を介して光
素子の電極面が接合されている光素子の実装構造におい
て、半田層部分のうち、光素子の活性層又は吸収層に近
い部分の半田層内に、半田の無い空洞領域を設け構成と
した。その場合、空洞領域は、半田層に沿って延びてい
る構成とするのが好ましい。また、この空洞領域につい
ては、活性層または吸収層の領域よりも広くするほど好
適である。また、空洞領域は、活性層又は吸収層の真下
部分に位置している構成とするのも好適である。さら
に、実装基板の電極面又は光素子の電極面の、空洞領域
に対応する部分に酸化膜を設けた構成とすることもでき
る。光素子としては、発光素子や受光素子などに適用す
ることもできる。また、実装基板としては、Ｓｉ基板に
適用することもできる。
め、本発明では、実装基板の電極面上に半田を介して光
素子の電極面が接合されている光素子の実装構造におい
て、半田層部分のうち、光素子の活性層又は吸収層に近
い部分の半田層内に、半田の無い空洞領域を設け構成と
した。その場合、空洞領域は、半田層に沿って延びてい
る構成とするのが好ましい。また、この空洞領域につい
ては、活性層または吸収層の領域よりも広くするほど好
適である。また、空洞領域は、活性層又は吸収層の真下
部分に位置している構成とするのも好適である。さら
に、実装基板の電極面又は光素子の電極面の、空洞領域
に対応する部分に酸化膜を設けた構成とすることもでき
る。光素子としては、発光素子や受光素子などに適用す
ることもできる。また、実装基板としては、Ｓｉ基板に
適用することもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実
施の形態を示す概略断面図である。本構成は、Ｓｉ（シ
リコン）基板１上の電極２に半田を介して光素子である
半導体レーザ（ＬＤ）４の電極５が接合されている。こ
こで、電極５は、活性層６側の電極面である。また、Ｌ
Ｄ４の活性層６下の空洞領域３−１は、半田が無い空間
となっており、その外側（周囲）は半田接合されている
半田層領域３−２となっている。
について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実
施の形態を示す概略断面図である。本構成は、Ｓｉ（シ
リコン）基板１上の電極２に半田を介して光素子である
半導体レーザ（ＬＤ）４の電極５が接合されている。こ
こで、電極５は、活性層６側の電極面である。また、Ｌ
Ｄ４の活性層６下の空洞領域３−１は、半田が無い空間
となっており、その外側（周囲）は半田接合されている
半田層領域３−２となっている。
【０００８】このような構成により、活性層６の真下の
空洞領域３−１では、空間であるため応力フリーとな
る。このため、半田接合後に於いて、空洞領域３−１の
真上にある活性層６は、空洞領域３−１を設けない従来
の構造に比べ内部応力が緩和される。
空洞領域３−１では、空間であるため応力フリーとな
る。このため、半田接合後に於いて、空洞領域３−１の
真上にある活性層６は、空洞領域３−１を設けない従来
の構造に比べ内部応力が緩和される。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について、図
１を参照しながら説明する。ここで、ＬＤ４は、共振器
長２００μｍ、幅２５０μｍ、厚さ１００μｍの端面発
光型のＩｎＰ系の半導体レーザで、活性層側のＡｕ電極
５がＡｕＳｎ半田を介してＳｉ基板１上のＡｕ電極２に
接合されている。活性層は幅１μｍ、厚さ０．２μｍ
で、Ａｕ電極２及び５の厚さは１μｍ、ＡｕＳｎ半田層
の厚さは２μｍ、空洞領域３−１の幅は６０μｍであ
る。空洞領域３−１のＡｕ電極２及び５の表面には、Ａ
ｕＳｎ半田が接合しないように、厚さ０．１μｍの酸化
膜であるＳｉＯ2膜７が形成されている。
１を参照しながら説明する。ここで、ＬＤ４は、共振器
長２００μｍ、幅２５０μｍ、厚さ１００μｍの端面発
光型のＩｎＰ系の半導体レーザで、活性層側のＡｕ電極
５がＡｕＳｎ半田を介してＳｉ基板１上のＡｕ電極２に
接合されている。活性層は幅１μｍ、厚さ０．２μｍ
で、Ａｕ電極２及び５の厚さは１μｍ、ＡｕＳｎ半田層
の厚さは２μｍ、空洞領域３−１の幅は６０μｍであ
る。空洞領域３−１のＡｕ電極２及び５の表面には、Ａ
ｕＳｎ半田が接合しないように、厚さ０．１μｍの酸化
膜であるＳｉＯ2膜７が形成されている。
【００１０】図２に空洞領域３−１の幅Ｗと、半田接合
後の活性層６に発生する内部応力との関係を示す。空洞
領域３−１の幅Ｗがゼロ、すなわち従来のように空洞領
域３−１を設けない場合には、活性層６の応力は大きい
が、空洞領域３−１幅Ｗが広くなるに従い、応力は緩和
されるのが分かる。
後の活性層６に発生する内部応力との関係を示す。空洞
領域３−１の幅Ｗがゼロ、すなわち従来のように空洞領
域３−１を設けない場合には、活性層６の応力は大きい
が、空洞領域３−１幅Ｗが広くなるに従い、応力は緩和
されるのが分かる。
【００１１】本実施例の空洞領域幅Ｗが６０μｍの場
合、応力は従来の約１／４に低減されている。これは、
活性層６の真下の空洞領域３−１では、空間であるため
応力フリーとなる。このため、空洞領域３−１の真上に
ある活性層は、半田接合後に於いて、空洞領域３−１を
設けない従来の構造に比べ内部応力が緩和される。これ
により、本発明の光実装構造は、光素子の信頼性が向上
する。
合、応力は従来の約１／４に低減されている。これは、
活性層６の真下の空洞領域３−１では、空間であるため
応力フリーとなる。このため、空洞領域３−１の真上に
ある活性層は、半田接合後に於いて、空洞領域３−１を
設けない従来の構造に比べ内部応力が緩和される。これ
により、本発明の光実装構造は、光素子の信頼性が向上
する。
【００１２】ここで、活性層６の真下に空洞領域３−１
を設けた場合、活性層６で発生する熱は空洞領域３−１
で流れを妨げられ、放熱が悪くなることが懸念される。
しかしながら、空洞領域３−１の厚さが薄いため、熱は
空洞領域３−１でも遜色無く流れ、放熱上特に問題とな
らない。
を設けた場合、活性層６で発生する熱は空洞領域３−１
で流れを妨げられ、放熱が悪くなることが懸念される。
しかしながら、空洞領域３−１の厚さが薄いため、熱は
空洞領域３−１でも遜色無く流れ、放熱上特に問題とな
らない。
【００１３】また、図２は、空洞領域幅Ｗと活性層６の
応力の関係を示したが、受光素子等の吸収層の応力と空
洞領域幅Ｗとの関係でも同様な傾向がある。すなわち、
受光素子の吸収層の真下の半田接合に空洞領域を設ける
ことにより、吸収層の応力は緩和され、受光素子の信頼
性が向上する。
応力の関係を示したが、受光素子等の吸収層の応力と空
洞領域幅Ｗとの関係でも同様な傾向がある。すなわち、
受光素子の吸収層の真下の半田接合に空洞領域を設ける
ことにより、吸収層の応力は緩和され、受光素子の信頼
性が向上する。
【００１４】尚、本実施例では、ＬＤ４の活性層側の
面、すなわちＬＤ４の半田接合面を平坦としたが、これ
に限定されず、例えばＬＤ４の特性改善のためメサ構造
にしても良く、実施例で示したように半田接合部に空洞
領域を設ければ本発明の効果は失われない。
面、すなわちＬＤ４の半田接合面を平坦としたが、これ
に限定されず、例えばＬＤ４の特性改善のためメサ構造
にしても良く、実施例で示したように半田接合部に空洞
領域を設ければ本発明の効果は失われない。
【００１５】また、本実施例では、空洞領域内にＡｕＳ
ｎ半田が流れ込まない様に厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜
７をＬＤ４側電極５とＳｉ基板１側電極２の両方に設け
たが、これに限定されず、例えば、酸化膜を電極５と電
極２のどちらか一方に設けて、一方の電極のみに半田を
接合させた空洞領域を設けても良い。
ｎ半田が流れ込まない様に厚さ０．１μｍのＳｉＯ2 膜
７をＬＤ４側電極５とＳｉ基板１側電極２の両方に設け
たが、これに限定されず、例えば、酸化膜を電極５と電
極２のどちらか一方に設けて、一方の電極のみに半田を
接合させた空洞領域を設けても良い。
【００１６】また、本実施例では空洞領域幅Ｗを６０μ
ｍとしたが、これに限定されず、許容応力値と必要接合
強度等から空洞領域幅Ｗを任意に設定して良い。また、
本実施例では、単チャンネルのＬＤを用いたが、集積化
に有利な多数個のＬＤが並列になったアレイＬＤでも良
く、例えば各チャンネルＬＤ毎に活性層下の半田接合部
に空洞領域を設けても良い。
ｍとしたが、これに限定されず、許容応力値と必要接合
強度等から空洞領域幅Ｗを任意に設定して良い。また、
本実施例では、単チャンネルのＬＤを用いたが、集積化
に有利な多数個のＬＤが並列になったアレイＬＤでも良
く、例えば各チャンネルＬＤ毎に活性層下の半田接合部
に空洞領域を設けても良い。
【００１７】また更に、光素子としてＬＤを用いたが、
これに限定されず、端面入射型の導波路型ＰＤ受光素
子、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）、半導体
光アンプ、アレイ光素子等の他の光素子でも良く、例え
ば端面入射型の導波路型ＰＤ受光素子の場合には、吸収
層の真下の半田接合部に空洞領域を設ければ良い。
これに限定されず、端面入射型の導波路型ＰＤ受光素
子、分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ−ＬＤ）、半導体
光アンプ、アレイ光素子等の他の光素子でも良く、例え
ば端面入射型の導波路型ＰＤ受光素子の場合には、吸収
層の真下の半田接合部に空洞領域を設ければ良い。
【００１８】また、分布帰還型半導体レーザの場合に
は、活性層に回折格子が形成されているため、活性層下
に空洞領域を設けることにより、活性層の信頼性向上ば
かりではなく、内部応力による回折格子の特性不安定さ
が低減され、安定な発振特性が得られる。
は、活性層に回折格子が形成されているため、活性層下
に空洞領域を設けることにより、活性層の信頼性向上ば
かりではなく、内部応力による回折格子の特性不安定さ
が低減され、安定な発振特性が得られる。
【００１９】
【発明の効果】光素子の活性層または吸収層の真下の空
洞領域は、半田の無い空間となっており、その外側は半
田接合領域となっている。この構成で、活性層真下の空
洞領域では、空間であるため応力フリーとなる。このた
め、その真上にある活性層または吸収層は、空洞領域を
設けない従来の構造に比べ内部応力が緩和され、光素子
の信頼性が向上する。
洞領域は、半田の無い空間となっており、その外側は半
田接合領域となっている。この構成で、活性層真下の空
洞領域では、空間であるため応力フリーとなる。このた
め、その真上にある活性層または吸収層は、空洞領域を
設けない従来の構造に比べ内部応力が緩和され、光素子
の信頼性が向上する。
【００２０】また本発明は、多数個の光素子が並列にな
ったアレイ光素子にも適用可能なため、集積化、小型化
された高信頼の光モジュールが実現できる。また、光素
子の活性層または吸収層側を実装基板に接合可能なた
め、更には高さ位置規定の台座を設けることが出来るた
め、光軸位置調整工数が低減できるパッシブアライメン
ト実装に必須な光素子の高さ位置規定が容易となる。こ
れにより、工数低減による低価格が容易な、高信頼の光
モジュールが実現できる。
ったアレイ光素子にも適用可能なため、集積化、小型化
された高信頼の光モジュールが実現できる。また、光素
子の活性層または吸収層側を実装基板に接合可能なた
め、更には高さ位置規定の台座を設けることが出来るた
め、光軸位置調整工数が低減できるパッシブアライメン
ト実装に必須な光素子の高さ位置規定が容易となる。こ
れにより、工数低減による低価格が容易な、高信頼の光
モジュールが実現できる。
【００２１】また、更に分布帰還型半導体レーザの場合
には、内蔵されている回折格子の内部応力による特性不
安定さが低減されるので、低価格で、高性能なＤＦＢ−
ＬＤ光モジュールが得られる。
には、内蔵されている回折格子の内部応力による特性不
安定さが低減されるので、低価格で、高性能なＤＦＢ−
ＬＤ光モジュールが得られる。
【図１】本発明の一実施例を示す概略図である。
【図２】空洞領域の幅Ｗと、活性層の内部応力の関係を
示す特性図である。
示す特性図である。
１ Ｓｉ基板 ２ Ｓｉ基板側Ａｕ電極 ３−１ 空洞領域 ３−２ ＡｕＳｎ半田層領域 ４ ＬＤ（半導体レーザ） ５ ＬＤ側Ａｕ電極 ６ 活性層 ７ ＳｉＯ2 膜（酸化シリコン膜）
Claims (8)
- 【請求項１】 実装基板の電極面上に半田を介して光素
子の電極面が接合されている光素子の実装構造におい
て、前記半田層部分のうち、前記光素子の活性層又は吸
収層に近い部分の半田層内に、半田の無い空洞領域を設
けてあることを特徴とする光素子の実装構造。 - 【請求項２】 前記空洞領域が、前記半田層に沿って延
びていることを特徴とする請求項１に記載の光素子の実
装構造。 - 【請求項３】 前記空洞領域が、前記活性層または吸収
層の領域よりも広いことを特徴とする請求項１又は２に
記載の光素子の実装構造。 - 【請求項４】 前記空洞領域が、前記活性層又は吸収層
の真下部分に位置していることを特徴とする請求項１〜
３の何れかに記載の光素子の実装構造。 - 【請求項５】 前記実装基板の電極面又は光素子の電極
面の、前記空洞領域に対応する部分に酸化膜を設けたこ
とを特徴とする、請求項１〜４に記載の光素子の実装構
造。 - 【請求項６】 前記光素子が発光素子である、請求項１
〜５に記載の光素子の実装構造。 - 【請求項７】 前記光素子が受光素子である、請求項１
〜５に記載の光素子の実装構造。 - 【請求項８】 前記実装基板がＳｉ基板である、請求項
１〜７に記載の光素子の実装構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09237012A JP3139423B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 光素子の実装構造 |
| US09/145,244 US6212212B1 (en) | 1997-09-02 | 1998-09-02 | Optical module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09237012A JP3139423B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 光素子の実装構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1187849A true JPH1187849A (ja) | 1999-03-30 |
| JP3139423B2 JP3139423B2 (ja) | 2001-02-26 |
Family
ID=17009088
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09237012A Expired - Fee Related JP3139423B2 (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 光素子の実装構造 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6212212B1 (ja) |
| JP (1) | JP3139423B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005039105A (ja) * | 2003-07-17 | 2005-02-10 | Sanyo Electric Co Ltd | ２波長半導体レーザ装置 |
| US6967980B2 (en) | 2001-04-11 | 2005-11-22 | Nec Corporation | Optical semiconductor module |
| JP2006066411A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた装置 |
| US7257138B2 (en) | 2002-08-28 | 2007-08-14 | Hitachi, Ltd. | Optoelectronic waveguiding device, structural body including the same, and optical module |
| US7359416B2 (en) | 2006-03-15 | 2008-04-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Optical semiconductor device |
| WO2009034928A1 (ja) * | 2007-09-10 | 2009-03-19 | Rohm Co., Ltd. | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
| JP2009088490A (ja) * | 2007-09-10 | 2009-04-23 | Rohm Co Ltd | 半導体発光素子及び半導体発光装置 |
| CN111584451A (zh) * | 2019-02-18 | 2020-08-25 | 艾普凌科有限公司 | 半导体装置 |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6967982B2 (en) * | 2001-12-25 | 2005-11-22 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device with a strain reduction cushion function, semiconductor laser module, and semiconductor laser device fabrication method |
| US7729392B2 (en) * | 2005-01-28 | 2010-06-01 | Scientific Materials Corporation | Monoblock laser with reflective substrate |
| US7817704B2 (en) * | 2005-03-17 | 2010-10-19 | Scientific Materials Corporation | Monoblock laser with improved alignment features |
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