JPS6060043B2 - 光半導体パッケ−ジ - Google Patents

光半導体パッケ−ジ

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JPS6060043B2
JPS6060043B2 JP54014471A JP1447179A JPS6060043B2 JP S6060043 B2 JPS6060043 B2 JP S6060043B2 JP 54014471 A JP54014471 A JP 54014471A JP 1447179 A JP1447179 A JP 1447179A JP S6060043 B2 JPS6060043 B2 JP S6060043B2
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    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
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    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光導入用もしくは光導出用の光ファイバを
貫通させたキャップを備える光半導体パッケージに関す
る。
従来、光通信用等に使用されている光半導体装置のパ
ッケージ、特に受光又は発光ダイオード用パッケージと
しては第１図に示す如き光ファイバ付パッケージが知ら
れている。
同図に於て１は端子とパッケージ間を絶縁するために設
けられた両面金（Ａｕ）メッキの酸化ヘリウム（ＢｅＯ
）板であり、この絶縁板１上に発光ダイオードチップ２
がダイボンドされている。絶縁板１はステム３の主面上
にマウントされ、またチップ２のカソード側のボンディ
ングパッド部はワイヤ４を介して外部リード５と電気的
に接続され、さらにアノード側のボンディング面である
絶縁板１の主面のボンディングパッドはワイヤ６を介し
て外部リード７と電気的に接続されている。そしてチッ
プ２、ワイヤ４、６及びコバール等から成る外部リード
５、７等は光ファイバ付金属キャップ８で保護されてい
る。該金属キャップ８は、予めその中央部を貫通する開
孔（貫通孔）９が設けられ、この開孔９から光ファイバ
１０を導入し、開孔９に封着用樹脂１１を充填して光フ
ァイバ１０を開孔９の中心位置に固定してまず光ファイ
バ付金属キャップとされる。しかる後、該光ファイバ付
金属キャップ８と前記ステム３とが溶接され当該光半導
体装置が構成される。この時チップ２の主面と光ファイ
バ１０のチップ側端面との距離は、封止された状態で所
望の結合効率となるように予め設計されており、又、チ
ップ２の光軸と光ファイバ１０の光軸とが、ほぼ一致す
るよう位置決めされることはもちろんである。光ファイ
バ１０のキャップ’外への突出長は１α程度で、この後
にコネクタを介して長い光ケーブルを接続して使用する
。 キャップ８の開孔９の光ファイバ１０を貫通させる
ためのものであるから、本来開孔９の内径は光ファイバ
１０の外径に一致していればよい。し・かしながら、実
際には光ファイバ１０を導入する作業性の点から、開孔
９の内径を比較的ファイバ径より大とする。このため前
述した固着かつ気密用の樹脂１１が必要となるが、従来
はその接着強度、温度特性、不純ガス放出を回避し得る
清浄性等に主眼がおかれていて、その光透過性について
は特に考慮されていなかつた。この点を第２図を参照し
て説明する。同図は、第１図の発光ダイオードの製造試
験工程でファイバ端１２の光出力を検査する様子を示し
たものである。発光ダイオードチップ２は電源１３で順
方向にバイアスされ、一定電流値に於けるファイバ端１
２からの光１４（実線矢印）が較正された受光ダイオー
ド１５で受光される。そして、ダイオード１５の光電流
を抵抗で電圧に直し、デジタル電圧計で測定し、光ファ
イバ１０の光出力に変換しているが、この場合金属キャ
ップ８と光ファイバ１０の隙間から、チップ２の放射光
１６（波線矢印）が樹脂１１を透過して受光ダイオード
１５に入射するため、ファイバ端光出力１４のみを正確
に試験することができず、測定結果は実効的なファイバ
端出力より多めになつてしまう。そこで、本発明は発光
ダイオードチップから光ファイバに入らすに、樹脂部を
直接通過して出てくる光パワー成分を極度に減すること
により、正確なファイバ端出力を測定できるようにした
光半導体パッケージを提供しようとするものである。
以下、図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。第
３図は本発明の一実施例を示す断面図であり、第１図と
同一部分には同一符号を付してある。第３図の光半導体
パッケージは、構造的には第１図と同様であるが、キャ
ップ８の開孔９に充．填される封着用樹脂１７の成分が
第１図のものとは異なる。即ち、樹脂１７には、発光ダ
イオードチップ２の発光波長に於ける光吸収係数が大な
る物質を用いてある。例えば、発光波長λ＝０．８２μ
ｍの光を放射する発光ダイオードに対しては、こ！の波
長で光を吸収する物質を大量に含んだ例えば黒色のエポ
キシ系樹脂を用いる。このような樹脂１７を使つたパッ
ケージに於ても、金属キャップ８と光ファイバ１０との
隙間の樹脂部に発光ダイオードチップ２からの放射光や
パッケージ内面で（の反射光が入射することに変わりは
ないが、樹脂１７が発光波長域の光に対する吸収係数が
大なる物質であるため、入射光はこの中でほとんど吸収
される。従つて、樹脂端１８から出てくる光パワー成分
（第２図の光１６に相当）はファイバ１０から出てくる
光パワー成分（第２図の光１４に相当）に比べてほとん
ど無視でき、第２図の試験方法で正確なファイバ端光出
力を測定することができる。第４図は吸収係数の異なる
前述した２種類の樹脂１１，１７で各々ファイバ１０を
封止したパッケージのファイバ端光出力測定値を比較し
たものである。
測定は各樹脂１１，１７を用いた多数のｊ製品について
行なわれたもので、横軸を光出力測定値（任意目盛、正
規化してある）、縦軸をその個数としてある。測定値は
各製品毎にチップ２と光ファイバ１０の中心位置のわず
かな偏位に起因して多少の偏差はあるが、概ね正規化さ
れた目盛１，２を中心とした２つの群１，■に分布する
。群１は吸収係数の大なる樹脂１７を用いた本発明の特
性てあり、群■は吸収係数の小なる樹脂１１を用いた第
１図の特性である。群■では出力の大きい製品個数が多
く、群１ではこれが少ない。第４図では発光ダイオード
チップ２の発光量は等しいようにしてあるので、群１で
示される本発明の光出力測定値と群■て示される従来の
光出力測定値との差は樹脂部を透過する漏洩光出力の差
であることが窺える。そして、本発明では樹脂１７を透
過する光パワー成分を無視できるので、第４図の特性差
は樹脂１１を通過した光量を示すと言える。封着用樹脂
１７はまた光ファイバ１０との関係でその屈折率が問題
となるものてある。
これを第５図を参照して説明する。発光ダイオードチッ
プ２からステップインデックス形の光ファイバ１０へ入
射した光のうち、伝送に有効な光パワー成分は、光ファ
イバ１０の開口数ＮＡで規定される入射臨界角θ。より
小さい角度で入射するものである。この入射臨界角θ。
はで表わされる。
ここで、ｎ１は光ファイバ１０のコア層１０ａの屈折率
であり、またτは光ファイバ１０のクラッド層１０ｂの
屈折率である。今、００より大きい角度θで入射した光
線の軌跡を考えてみる。媒質の配置は第３図の場合の構
造を規定し、樹脂１７の屈折率は〜とする。又、コア１
０ａの径をｄ１、光ファイバ１０の樹脂封着されている
部分の全長をｌとすると、現実的にはＩ？？ｄ１である
のでこの場合を対象とする。各媒質の境界ではスネルの
屈折法則が成立することを考慮すると、入射角θで〜〈
ｊの場合にはチップ２から光ファイバ１０への入射光線
の軌跡（破線矢印）は第５図ａとなり、逆に〜〉ｊの場
合の入射光線の軌跡（破線矢印）は第５図ｂとなる。Ｎ
２くＮ３の場合は臨界角θ。より大きな角度０で入射し
た光は、樹脂−クラッド界面１８で全反射せず、第５図
ａのように樹脂１７内へ屈折して進入することにより樹
脂１７で吸収される。ファイバ端１２からの光出力の実
測値は伝送に有効な実効光パワーであるのが望ましい。
この伝送に有効な光はコア１０ａを直進するもの及びコ
ア−クラッド界面１９で全反射しながら進行する光であ
つて、クラッドー樹脂間の界面１８で反射する光はコネ
クタに接続された伝送路光ファイバのクラッド層と一次
皮覆層との間において損失となつてしまう。しかるに丁
〉〜の場合は、臨界角θ。より大きな角度θで光ファイ
バ１０へ入射した光も第５図ｂのように樹脂−クラッド
界面１８で全反射しながら進行するのでファイバ端１２
の光出力の実測値はこの伝送に無効な光パワー成分（ク
ラッドモード成分）も含むことになるので好ましくない
。尚、この無効光パワー成分の割合はコア径ｄ１が発光
部径仇より大きければ、１コアの径が一定の場合には発
光部の径が大なる程、また２発光部の径が一定の場合に
はコア径が小なる程大きくなる。従つて、第３図の樹脂
１７は先ず発光ダイオードチップ２からの発光波長に対
し充分なる光吸収性が要求されるが、さらにその屈折率
へを光ファイバ１０のクラッド層１０ｂの屈折率ｆより
大に選定することで伝送に無効な光パワー成分を樹脂１
７で除去することができ、従つて光ファイバ１０からは
伝送に有効な光パワー成分のみを取り出すことができる
利点がある。
尚、第１図の樹脂１１も第３図の樹脂１７も共にエポキ
シ系であり、厳密にはその成分差により上記の相違をも
たらすが、外観上は光吸収係数の小なる樹脂１１は茶色
を呈するのに対し、光吸収係数の大なる樹脂１７は黒色
を呈するので、これで区別して使用してよい。
但し、これはあくまで外形上のことであり、基本的には
前述した要件を満たす樹脂であればその種類は限定され
ない。以上述べた本発明の光半導体パッケージであれば
、光ファイバ以外からの漏洩光出力を極力低減すること
ができるので、ファイバ端光出力の測定を正確に行なう
ことができる。また、封着用樹脂の屈折率を選定するこ
とにより、ファイバ端光出力を伝送に有効な光パワー成
分のみとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来の光ファイバ付光半導体パッケージを示す
断面図、第２図は光ファイバ端の光出力測定試験の模式
図、第３図は本発明の一実施例を示す断面図、第４図は
第１図および第３図のパッケージによるファイバ端光出
力の測定値を対比して示す特性図、第５図Ａ，ｂは異な
る屈折率の樹脂に隣接した光ファイバへ入射した光の軌
跡を示す模式図である。 図中、２は発光ダイオードチップ、８はキヤツ・プ、９
は開孔（貫通孔）、１０は光ファイバ、１０ｂはクラッ
ド層、１７は封着用樹脂である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 光半導体装置の外囲を覆うパッケージのキャップに
    貫通孔を設け、該貫通孔に光ファイバを通してその先端
    を該光半導体装置に近接対向させかつ後端を該キャップ
    から所定長突出させると共に、該光半導体装置が発、受
    光する光の波長での吸収係数が大なる黒色封着用樹脂を
    該貫通孔に充填して光ファイバを固着してなることを特
    徴とする光半導体パッケージ。 ２ 封着用樹脂は光ファイバのクラッド層より屈折率の
    大なる物質であることを特徴とする特許請求の範囲第１
    項記載の光半導体パッケージ。
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