NO169684B

NO169684B - Holder for optisk element samt innretning som omfatter holderen.

Info

Publication number: NO169684B
Application number: NO844596A
Authority: NO
Inventors: Hideaki Nishizawa
Original assignee: Sumitomo Electric Industries
Priority date: 1983-11-21
Filing date: 1984-11-19
Publication date: 1992-04-13
Also published as: DK547384D0; DK547384A; US4663652A; CA1267468C; EP0313174B1; EP0145316A3; AU1319788A; DK33291A; DE3481571D1; FI82999B; EP0145316A2; AU592256B2; DK163761C; CA1267468A; DE3486214T2; EP0313174A2; FI844473L; EP0145316B1; US4727649A; NO844596L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en holder for et optisk element, slik som en lysavgivende diode eller en fotodiode, samt en optisk innretning som omfatter holderen.

Til en optisk innretning som omfatter et lysavgivende eller lysopptagende element samt en holder for dette, stilles det følgende teknologiske fordringer:

(a) Den må ha en gjennomskinnelig lysåpning,

(b) den må være ledningskoblet til ytre elektrodeklemmer ved

hjelp av smeltefeste eller trådfeste,

(c) dens elementbrikke må være hermetisk avtettet, og (d) den må ha høy koblingsfaktor til en optisk fiber. Dette betyr at en elementbrikke for en lysavgivende diode eller en fotodiode må befinne seg tilstrekkelig nær vedkommende optiske fibers endeflate, samt må ha stor åpningsvinkel. Videre må brikken ha en ren lysmottagende flate som ikke er forurenset med pasta eller lignende material.

Foreliggende oppfinnelse har som særlig formål å oppfylle den angitte fordring under (d) ovenfor.

Tidligere kjent teknikk på dette område vil nå bli nærmere forklart under henvisning til fig. 1 - 21 på de vedføyde tegninger.

Fig. 1 viser et snitt gjennom en fotodiodeenhet av tidligere kjent art, og som er vanlig å bruke hvor lys fra en optisk fiber faller inn mot holderen gjennom dens overside. Den viste holder 1 er av typen T018 og omfatter et holderlegeme 2 samt en hette 3 som dekker oversiden av legemet 2. I midten av sin overside har denne hette 3 en åpning som er utstyrt med gjennomskinnelig kopal-glass som tjener som et vindu 4. En fotodiodebrikke 5 er smeltefestet til holderlegements topp-flate, som er utstyrt med en ledning 6, og en elektrode på fotodiodebrikken 5 er sammenføyet med en annen ledning 7 ved hjelp av en gulltråd 8. En optisk fiber 9 er anordnet på utsiden av vinduet 4, på motsatt side av dette i forhold til fotodiodebrikken 5. Sideflatene på hetten 3 og legemet 2 er sveiset sammen.

Denne fotodiodeenhet er av hermetisk tett type og har gitt tilfredsstillende resultater i lang tid. I enheter av denne art vil imidlertid avstanden mellom oversiden av fotodiodebrikken 5 og vinduet 4 være uhensiktsmessig lang, og siden lyset faller inn mot holderen fra oversiden hvor trådfestet (gulltråden 8) befinner seg, fører dette til den ulempe at den effektive optiske kobling til den optiske fiber 9 er lav.

Fig. 2 viser en annen holder for et optisk element med samme oversidekobling som angitt i fig. 1, og hvor en safirplate 4' er montert i vinduet i stedet for det gjennomskinnelige kopal-glass 4. Holderen vist i fig. 2, har likeledes den ulempe at den effektive optiske kobling til den optiske fiber 9 er lav, fordi fotodiodebrikken 5 og safirplaten 4' befinner seg i for-holdsvis stor avstand fra hverandre på grunn av den mellom-liggende gulltråd 8 som er trådfestet til brikken 5.

En annen kjent teknikk benytter gjennomgående hull på holderens underside, da det er lettere å bringe den optiske fiber og elementbrikken nær hverandre fra undersiden enn fra oversiden av holderen, fordi koblingstråden på brikkens overside begrenser tilgangen fra oversiden. Holdere for optiske elementer og med et sådant gjennomgående hull på undersiden, er vist i fig. 3-5.

I fig. 3 er det vist en holder 10 som omfatter et holderlegemet 12 samt en hette 11. I dette utførelseseksempel har hetten 11 intet vindu. Holderlegemet 12 er utstyrt med et stort gjennomgående hull 13 anordnet aksialt på undersiden av fotodiodebrikken 5. En optisk fiber 14 er anbragt under det gjennomgående hull 13 med sin øvre endeflate midt imot den nedre åpning av hullet 13. Fra den optiske fiber 14 faller lyset gjennom hullet 13 og inn mot fotodiodebrikkens underside. Ledningen med henvisningstall 15 i fig. 3-5 tilsvarer ledningen med henvisningstall 6 i fig. 1 og 2. Fig. 4 er et eksempel på en holder hvor det gjennomgående hull 13' er utvidet og det øvre endeparti av den optiske fiber 14 er ført inn i og festet i hullet for derved å nedsette avstanden mellom fotodiodebrikken 5' og ytterenden av den optiske fiber 14. Denne utførelse har imidlertid den ulempe at den øvre ende av den optiske fiber 14 som er ført inn i det gjennomgående hull 13', kan komme i kontakt med fotodiodebrikken 5' og derved skade denne, samtidig som det er vanskelig å feste den optiske fiber 14. Fig. 5 viser et eksempel på en holder hvor det gjennomgående hull 13 er avtettet med et kopal-glasstykke 16.

Ulempene ved sådanne gjennomgående hull på undersiden av holdere av foreliggende art, vil bli beskrevet under henvisning til de forstørrede snittskisser i fig. 6 og 7, idet utførelsen vist i fig. 3 er anvendt som eksempel.

I fotodiodebrikken 5 gjør en pn-overgang tjeneste som lysmot-tager 17 som lys faller inn mot fra undersiden gjennom hullet 13. Da imidlertid lyset begrenses av kanten 18 av det gjennomgående hull 13, vil bare lys innenfor åpningsvinkelen 9 nå frem til lysmottageren 17. Selv om endeflaten av den optiske fiber 14 bringes i kontakt med undersiden av holderlegemet 12, vil lyset være begrenset av åpningsvinkelen.

Monteringen av fotodiodebrikken 5 er vanskelig. Det gjennomgående hull 13 har rundt tverrsnitt og fotodiodebrikken 5 er smeltefestet til holderlegemet 12 i kontaktområdet 19 omkring det gjennomgående hull 13. Da brikken 5 er liten og det gjennomgående hull 13 også har lite tverrsnitt, vil innbyrdes innretting av disse være vanskelig. Hvis midten av lysmot-tagerområdet 17 er forskjøvet til den ene side i forhold til midtaksen for hullet 13, slik som vist i fig. 7, vil den lysmengde som mottas av lysmottageren 17 være mindre på den forskjøvede side enn på den andre side. I fig. 7 er brikken 5 vist forskjøvet til høyre, og følgelig vil en mindre lysmengde nå frem til høyre halvdel av lysmottageren 17 enn til dens venstre del. Nedsettelse av den innfallende lysmengde mot fotodioden reduserer dens registreringsfølsomhet.

For å øke åpningsvinkelen for det lys som faller inn mot lysmottageren 17, må det gjennomgående hull 13 reduseres i lengde eller økes i tverrsnitt. Lengden av det gjennomgående hull 13 er imidlertid lik tykkelsen av holderlegemet 12, og nedsettelse av holderlegemets tykkelse vil føre til utilstrekkelig mekanisk styrke for legemet. Legemet 12 er utført i metall eller keramikk og må ha en viss tykkelse fordi det utgjør den mekaniske stamme for understøttelse av brikke, ledere og hette. En større diameter av det gjennomgående hull 13 vil gjøre det nødvendig å øke størrelsen av fotodiodebrikken 5, men et større omfang av denne halvlederbrikke vil føre til høyere omkostninger og gi brikken lavere styrke.

For å løse disse problemer er det tidligere utviklet en holder for et optisk element, og som omfatter et safirsubstrat utstyrt med en smeltefestematte som har en åpning, og hvor det optiske element er smeltefestet til matten, mens en ytterende av en optisk fiber er anordnet rett ut for baksiden av safirsubstratet.

Fig. 8 er en planskisse av en sådan tidligere utviklet holder for et optisk element. Fig. 9 og 10 viser begge et snitt gjennom denne holder langs linjen IX-IX i fig. 8, idet holderen i fig. 10 er utstyrt med en fotodiodebrikke 29 som er smeltefestet til holderen samt forbundet med en gulltråd 30 eller lignende. I holderutførelsen vist i fig. 8 - 10 er et safirsubstrat 21 festet til en nedre ramme 22 som i foreliggende eksempel er utført i sintret aluminiumoksyd, men som kan være utført i hvilket som helst isolatormaterial. Forankrin-gen mellom den nedre ramme 22 og safirsubstratet 21 er frembragt ved slaglodding, og en elektrisk ledende smeltefestematte 23 med en åpning 24 er anordnet midt på safirsubstratet 21 ved metallisering. Smeltefestematten 23 strekker seg ved sin ene ende utover en innerkant av den nedre ramme 22 og frem til en ytterkant av rammen. Åpningen 24 er anordnet for å slippe inn lys, og skjønt den er vist med rund form, kan den naturligvis være av hvilken som helst utforming, f.eks. kvadratisk.

På den nedre ramme 22 er det festet en øvre ramme 25 som i foreliggende utførelseseksempel også er utført i aluminiumoksyd. Disse rammer 22, 25 er innbyrdes sammenføyet ved hjelp av et isolerende bindemiddel. Til det forlengede parti av smeltefestematten 23 er det loddet en ledning 26 og en tråd-festematte 28 er metalliseringsfestet til den innerkant av den nedre ramme 22 som befinner seg rett overfor smeltefestematten 23. En leder 27 er loddet til det ytre parti av denne tråd-festematte 28.

En optisk elementbrikke 29 som f.eks. en fotodiode eller en lysavgivende diode, er forbundet med holderen, slik som antydet i fig. 10. Den optiske elementbrikke 29 er montert på smeltefestematten 23 på sådan måte at åpningen 24 i matten og den optiske elementbrikke 29 er rettet inn på linje med'hverandre. Smeltefestematten 23 utgjør en loddering av f.eks. et eutektisk AuSn-material. Ved å overføre energi, slik som ultralydeffekt, til den optiske elementbrikke 29 som holdes nedtrykt, vil loddematerialet smelte for feste av brikken 29 til matten 23. Videre er en tråd 30 av f.eks. gull trådfestet for å forbinde trådfestematten 28 med elektroden på den optiske elementbrikke 29. Vanligvis er en hette av aluminiumoksyd forbundet med den øvre ramme 25 for å avtette det indre av holderen. Fig. 11 er en forstørret planskisse av en del av den smeltefestematte 23 som omgir lysåpningen 24, mens fig. 12 viser et snitt langs linjen XII-XII i fig. 11. Det er hensiktsmessig at både safirsubstratet 21 og smeltefestematten 23 er flate, slik som antydet i fig. 12. Hvis matten 23 er helt flat, kan den optiske elementbrikke 29 festes nøyaktig på det forutbes-temte sted på stabil måte. I virkeligheten er imidlertid smeltefestematten 23 ikke utført perfekt flat av grunner som vil bli angitt nedenfor. Fig. 13 viser et snitt gjennom en holder i den tilstand hvor en pasta av et elektrisk ledende material (f.eks. gull eller AuSn-eutektikum) er påført safirsubstratet. Da pastaen på-føres ved hjelp av en tykkfilmteknikk, anbringes det på safirsubstratet 21 en tynn skjerm med en åpning av samme form som matten, hvorpå gullpasta påføres skjermen. I denne tilstand vil den påførte gullpasta 23 ha plan overside, som vist i fig. 13. Safirsubstratet 21 anbringes så i en ovn og brennes inn for å bringe den påførte gullpasta 23 til fast tilstand. Fig. 14 viser et snitt gjennom festematten etter innbrenningsprosessen, og som anskueliggjør at gullpastaen har hevet seg ved endene under innbrenningsprosessen på grunn av overflate-spenning. Som vist i figuren vil derfor gullpastaen 23 bli høyere ved sine ytterender 23'a enn over andre områder. Ved uttak fra smelteovnen vil da gullpastaen være størknet i denne ubestemte form. Fig. 15 viser et snitt gjennom matten hvorpå den optiske elementbrikke 29 er anbragt for smeltefesting. Flere topper 23'a og fordypninger er frembragt på oversiden av pastaen 23 ved utvidelse og sammentrekning av pastaen under innbrenningsprosessen. Skjønt fordypningene og toppene på pastaen bare har en høyde på noen um, vil den plane brikke 29 ha en tendens til skråstilling eller utilstrekkelig feste ved forbindelse med pasta med sådanne ujevnheter, da den optiske elementbrikke også er av liten utstrekning. Videre vil brikken lett kunne løsne ved et svakt sjokk eller ved vibrasjoner.

Nok en annen kjent teknikk angår fotodioder av mesa-type. Et ytterligere problem er nemlig å frembringe en fotodiode med hurtig virkning. Da en fotodiode anvendes med invers forspen-ning, vil den elektrostatiske kapasitet av diodens pn-overgang hindre hurtig virkning av dioden. Nedsettelse av det virk-somme flateområde av det lysmottagende parti (pn-overgangen) er i stand til effektivt å redusere denne elektrostatiske kapasitet.

For dette formål kan det derfor anvendes en mesa-struktur som vist i fig. 16, hvor et p-InP-sjikt 32 er dannet på et n-InP-substrat 31, f.eks. ved epitaksial tilvekst, og hvor en smal pn-overgang 33 mellom substratet 31 og sjiktet 32 fungerer som lysmottagende område. For å nedsette arealet av det lysmottagende område er videre p-InP-sjiktet 32 og pn-overgangen 33 på begge sider etset bort i strimler mot det øvre parti av n-InP-substratet 31. Da sjiktet 32 således er avsmalnet til en stripe, kan en ringformet elektrode ikke lenger monteres på dette, og en strimmelformet AuZn-elektrode 34 av p-type er følgelig påført. Det er imidlertid da ikke mulig å tilføre lys til p-sjiktet, og derfor er det festet en ringformet AuGeNi-elektrode 35 av n-type til undersiden av n-InP-substratet 31. Midtpartiet 36 av undersiden av substratet 31 tjener da som lysmottagende flate som lyset må passere gjennom. Derfor er det også påkrevd med holdertyper med lysinnfall fra undersiden, slik som vist i fig. 3 - 5 og 8 - 12, for å sikre hurtig virkning av fotodioden.

Fotodiodebrikker av den ovenfor beskrevne type fremstilles ved hjelp av en oblatprosess, hvor oblaten, etter at et antall elementer er fremstilt, snittes opp og deles i brikker. Hver fotodiodebrikke 37 må så monteres i en holder, og det er da et ytterligere problem å feste brikken på elektrodematten.

Som et eksempel på en ytterligere kjent teknikk mellom de utførelseseksempler som er vist i hhv. fig. 3 - 5 og fig. 8 - 12, kan det angis en holder som utnytter et keramisk substrat med et gjennomgående hull. Da det keramiske substrat ikke er ledende, pådampes et metallsjikt for å danne et smeltefeste-underlag, som teknisk sett er noe forskjellig fra den elektro-dematte som er beskrevet tidligere. På dette underlag anbringes da et loddematerial og ovenpå dette plasseres så et optisk element som loddes fast.

Fig. 17 - 21 er snittskisser som i rekkefølge viser de forskjellige trinn ved sammenstilling av en holder med keramisk substrat. Som vist i fig. 17, anbringes et elektrisk ledende festebelegg 42 på et keramisk substrat 41, f.eks. ved pådampning, mens et hull 43 for lysinnløp lages gjennom substratet. Som vist i fig. 18, anbringes deretter et ringformet loddematerial 44 av AuSn omkring lysinnløpshullet 43, og som vist i fig. 19, anbringes så fotodiodebrikken 37 på loddematerialet 34 og oppvarmes i en ovn for å loddes fast.

Selv om loddematerialet 44 og lysinnløpshullet 43 i denne utførelse er korrekt anbragt i forhold til hverandre, kan en del 45 av loddematerialet strømme ut av stilling og dekke den lysmottagende flate 36 når brikken 37 loddes, således at flatens effektive omfang nedsettes, slik det er antydet i fig. 19. I mange tilfeller forskyves loddematerialet 44 til den ene side, slik som vist i fig. 20. Hvis brikken 37 påføres og loddes i et sådant tilfelle, kan dette medføre omfattende overstrømning 45 på den ene side, hvilket vil delvis avskjerme den lysmottagende flate og derved redusere fotodiodens følsom-het. Selv om overstrømning av loddematerial kan unngås ved å nedsette materialets tykkelse, må imidlertid loddematerialet ha en tykkelse på minst 10 um for rimelig håndtering. Av den grunn som er angitt ovenfor, vil loddematerialet 44 kunne nedsette det lysmottagende flateområdet på undersiden av brikken, med den følge at fotodiodens følsomhet reduseres.

Et annet problem er festestyrken. I det tilfelle en forut utformet loddering (av f.eks. AuSn-legering og med 500 um ytterdiameter, 250 um innerdiameter og 30 um tykkelse) anvendes for smeltefestet, vil det være en tidsforsinkelse mellom nedsmeltningen av ringformen og smeltefestingen av fotodioden, hvilket innebærer et problem med hensyn til ujevn kontakt mellom undersiden av fotodioden og loddematerialet 44, og som medfører variasjoner i smeltefestets styrke.

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en holder for en optisk elementbrikke, hvori brikken sikkert kan monteres i stabil tilstand på et safirsubstrat, og som er problemfri med hensyn til:

- ujevnheter på overflaten av den elektrisk ledende pasta som danner smeltefestematten for det optiske element, - overstrømning av den elektrisk ledende pasta til det optiske elements lysmottagende flate, - variasjoner i styrken av smeltefestet mellom den optiske elementbrikke og substratet. Foreliggende oppfinnelse gjelder således en holder for et optisk element omfattende et safirsubstrat og en smeltefestematte utformet på oversiden av safirsubstratet ved påføring og etterfølgende innbrenning av en elektrisk ledende pasta, idet nevnte elektrisk ledende pasta er påført et parti som derved danner en åpning i smeltefestematten slik at lys kan slippe igjennom safirsubstratet og åpningen, og som i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk at - oversiden av safirsubstratet har en forsenkning med skrå sider, og at - den elektrisk ledende pasta har kanter som omgir forsenkningen, slik at en øvre kontaktflate av smeltefestematten i hovedsak blir plan etter innbrenning.

I betraktning av det forhold at den elektrisk ledende pasta som påføres på oversiden av safirsubstratet, er utsatt for hevning ved sine ytterender under innbrenning, nedhøvles substratet i holderen i henhold til foreliggende oppfinnelse, på forhånd over sitt midtparti i en dybde som tilsvarer hev-ningsgraden ved ytterkantene av den innbrente pasta. Derved bringes endene av den innbrente pasta til samme høydenivå som pastaens øvrige områder. Når en optisk elementbrikke anbringes på den smeltefestematte som dannes av den elektrisk ledende pasta, vil således ikke undersiden av elementbrikken bli ujevnt hevet.

Oppfinnelsen gjelder også en optisk innretning omfattende en holder som har de nevnte særtrekk, og en optisk elementbrikke som er smeltefestet på en smeltefestematte og anordnet for å motta eller avgi lys fra sin smeltefestede side, idet denne innretning i henhold til oppfinnelsen har som særtrekk at - den optiske elementbrikke på sin smeltefesteside er påført en elektrode og et loddesjikt i den angitte rekkefølge, og som hver er utstyrt med hull for overføring av lys, og at - den optiske elementbrikke er smeltefestet til smeltefestematten ved hjelp av loddesjiktet, slik at hullene i loddesjiktet og elektroden faller sammen med åpningen i smeltefestematten.

I den optiske innretning i henhold til oppfinnelsen påføres med andre ord ikke loddematerial på substratet. I stedet påføres i rekkefølge en elektrode og et loddesjikt som hver har et gjennomgående lysføringshull, på den side av den optiske elementbrikke som skal smeltefestes. Den optiske elementbrikke smeltefestes således til festematten på substratet ved hjelp av loddesjiktet på vedkommende side av den optiske elementbrikke.

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere forklart ved hjelp av den etterfølgende beskrivelse av foretrukne utførelseseksempler, under henvisning til dé vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1-21 viser kjente utførelsesformer av en holder for et

optisk element, og som er beskrevet ovenfor,

Fig. 22 viser et snitt gjennom et safirsubstrat,

Fig. 23 er et snitt som viser safirsubstratet i fig. 22 utført med et konkavt nedskåret parti i henhold til oppfinnelsen, Fig. 24 er et snitt som viser gullpasta som er skjermpåført på safirsubstratet på sådan måte at ytterendene av gullpastaen befinner seg på det avskrånede parti av substratets konkave nedskjæring, Fig. 25 er et snitt som viser substratet og gullpastaen

etter innbrenning,

Fig. 26 er et snitt som anskueliggjør forholdet mellom det lysmottagende parti og åpningsvinkelen for den optiske elementbrikke som er anordnet i holderen i henhold til foreliggende oppfinnelse, Fig. 27 er et snitt gjennom et utførelseseksempel på en fotodiode av mesa-type anordnet i henhold til

oppfinnelsen,

Fig. 28 er et snitt som viser fotodiodebrikken av mesa-type i fig. 27 anordnet på en safirsubstrat-holder for et optisk element, og Fig. 29 er et snitt som nærmere viser hvorledes fotodiodebrikken av mesa-type i fig. 27 er anordnet på en' keramikksubstrat-holder for et optisk element.

Under henvisning til fig. 22 - 25 beskrives forst en utførelse for å overvinne problemet ved metallisering av smeltefestematten 23 i en holderinnretning av den art som er vist i fig.

8 og 9.

Fig. 22 viser et snitt gjennom et safirsubstrat 21 som er plant og gjennomskinnelig, samt i foreliggende utførelses-eksempel har en tykkelse på 0,2 mm. Da problemet ved påføring av metalliseringsbelegget på smeltefestematten ligger i at den påførte gullpasta hever seg ved sine ytterender, nedhøvles safirsubstratet 21 noe på forhånd til en dybde som tilsvarer pastaens hevningsgrad ved sine ender. Fig. 23 viser således det plane safirsubstrat 21 forsynt med

en grunn konkav uttagning 52 med avskrånede partier 51, og som er nedhøvlet ved hjelp av en Ar-laser, men også kan oppnås ved mekanisk bearbeiding. Høydeforskjellen mellom den ubehandlede overside 5 3 og bunnen av uttagningen 52 er av størrelsesorden 5-10 um. Som vist i fig. 24-, skjermpåføres en elektrisk ledende pasta 54, som f.eks. gullpasta, på substratet 21 i en form som danner en smeltefestematte 23, og på sådan måte at uttagningen 52 tilsvarer åpningen 24 i festematten 23. Ytterendene 55 av pastaen 23, og som tilsvarer åpningen 24, er jevnt avskrånet mot uttagningen 52. Den skjermpåførte pasta tørkes og brennes så inn i en ovn.

Fig. 25 viser et snitt gjennom safirsubstratet 21 og pastaen 54 på substratet etter innbrenning. Som følge av innbrenningen heves pastaen 54 ved ytterendene 55 høyst 5 um. Da endene 55 av pastaen strekker frem over et avskrånet parti 51, vil imidlertid pastaens ytterender ikke ligge høyere enn andre partier av pastaen, til tross for innbrenningshevningen. Siden hevningen ved ytterendene av pastaen utjevnes, vil det ikke forekomme noen ujevn hevning av undersiden av en optisk elementbrikke som etterpå smeltefestes til den således frem-bragte smeltematte 23.

En ferdig optisk innretning kan så frembringes ved den prosess som er beskrevet ovenfor, idet det fremstilles en holder som den vist i fig. 8 og 9, hvorpå den optiske elementbrikke 29 smeltefestes og lederen 30 trådfestes, som vist i fig. 10, samt til slutt avtettes med en hette.

En holder for et optisk element som er utformet som angitt ovenfor, gir følgende gunstige tekniske virkninger: (a) Sikkerheten med hensyn til smeltefestet av den optiske elementbrikke er forbedret. Etter innbrenningen av den påførte gullpasta er nemlig hevningen av dens ytterender utjevnet, således at de ikke alene danner kontakt med undersiden av den optiske elementbrikke. Gullpastaen vil derfor være i kontakt med brikkens underside over flate

områder som gjør hele kontaktflaten plan.

(b) Til forskjell fra den holder som er vist i fig. 6, og som har et gjennomgående hull 13 fra undersiden, har den foreliggende holder ingen sterk begrensning med hensyn til optisk åpningsvinkel 0. Med den oppbygning av holderen i henhold til oppfinnelsen som er vist i fig. 26, passerer det lys som når frem til det lysmottagende parti 17' i den optiske brikke 29 gjennom åpningen 24 i festematten, som er meget tynn og befinner seg i kontakt med brikken 29. Følgelig vil det være mulig å la lys innenfor en vid åpningsvinkel 0' falle inn mot det lysmottagende parti 17' .

En utførelse for å overvinne problemene ved smeltefesting av en optisk elementbrikke til en festematte, og som forårsakes av overstrømning av loddematerial til den lysmottagende flate samt av variasjoner i smeltefestets styrke, vil nå bli nærmere beskrevet. I henhold til foreliggende oppfinnelse påføres ikke loddematerial på substratet, men et loddesjikt anbringes i stedet på en side av brikken.

Fig. 27 er et snitt som viser et utførelseseksempel hvor foreliggende oppfinnelse utnyttes i forbindelse med en fotodiodebrikke 60 av mesa-type. Et udopet InGaAs-epitaksialsjikt 62 er dyrket på et Sn-dopet InP-substrat 61 ved en epitaksialpro-sess i flytende fase for gittertilpasning til InP-substratet 61. Et sjikt 63 av p-type dannes så ved Zn-diffusjon, således at det oppnås en pn-overgang. Deretter dannes en p-sideelek-trode 64 ved anvendelse av AuZn-material samt en n-sideelek-trode 65 ved anvendelse av AuGeNi-material.

Brikken etses så fra begge sider til en mesa-form i nærheten av pn-overgangen for å nedsette den elektrostatiske kapasitet. På undersiden av n-elektroden 65 dannes så et Sn-plet-teringsmønster ved anvendelse av en pletteringsløsning av alkanol-sulfonsyre. Siden det således Sn-belagte parti fungerer som loddemiddel, vil det heretter bli kalt et loddesjikt 66. Både n-elektroden 65 og loddesjiktet 66 har ringform, og midtområdet 67 av brikkens undersiden, som fungerer som lysmottagende flate, er derfor fritt tilgjen-gelig. Tykkelsen av loddesjiktet 66 kan være 1-15 um.

De ovenfor angitte fremstillingstrinn utføres i en oblatprosess. Oblaten snittes deretter opp og deles i enkeltbrikker. Loddesjiktet 66 påføres effektivt ved plettering eller pådampning. Ved siden av Sn kan også en eutektisk legering av AuSn eller AuSi anvendes som material i loddesjiktet 66. For å smeltefeste den således fremstilte fotodiodebrikke under anvendelse av Sn som loddemiddel, oppvarmes den holder som skal tilsluttes, til 250°C. Brikken med det påført loddesjikt 66 rettes da inn på festematten for å bli smeltefestet til denne. Siden loddesjiktet 66 på undersiden av brikken smeltes midlertidig for derpå å størkne slik at det dannes et sikkert innbyrdes feste, er intet annet loddemiddel nødvendig i denne forbindelse.

Ved utførte prøver ble fotodiodebrikken meget tilfredsstillende smeltefestet når tykkelsen av Sn-pletteringen var på mellom 5-10 um. Festestyrken varierte og var ustabil når tykkelsen av det påførte Sn-belegg var 5 um eller mindre, og i det tilfelle tykkelsen av Sn-belegget var 10 um eller mer, strømmet Sn-loddemidlet over i varierende grad. Skjønt det optimale område for beleggets tykkelse var avhengig av lodde-materialets art, vil beleggtykkelser i området 5 - 10 um vanligvis være mest tilfredsstillende.

I henhold til foreliggende oppfinnelse påføres altså loddesjiktet på selve brikken, som så smeltefestes til substratet i holderen ved hjelp av det påførte loddesjikt, og substratet og holderen kan være vilkårlig utført med hensyn til material og form. Fig. 28 er et snitt gjennom en utførelse hvor fotodiodebrikken vist i fig. 27 er montert i en flat holder ved anvendelse av et safirsubstrat 21 av den type som er vist i fig. 8 og 9, samt frembragt ved de prosesstrinn som er angitt i fig. 22 - 25. Den optiske elementbrikke er her anbragt direkte (dvs. uten anvendelse av ytterligere loddemiddel) på festematten 23 og er smeltefestet til denne for å oppnå sikkert feste av n-elektroden 65 til matten 23. Elektroden 64 av p-type er trådfestet til et belegg 28 ved hjelp av en tråd 30. Innfallende lys passerer safirsubstratet 21 og åpningen 24 i matten 23 og når derpå frem til den lysmottagende flate 67. Ved denne utførelse forekommer det ingen overstrømning eller forskyvning av loddesjiktet 66. Fig. 29 er et snitt gjennom en utførelse hvor fotodiodebrikken 60 er montert i en holder med keramisk substrat 41 av den type som er vist i fig. 17. Leder- og trådforbindelser samt holderens ytre form er ikke vist, da disse kan velges fritt. Matten 42 i fig. 29 er ikke forsynt med loddemiddel. Derimot fungerer loddemidlet 66 på brikkesiden som loddemiddel for sikkert feste av brikken til matten 42 på keramikksubstratet 41.

Skjønt foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet ovenfor under henvisning til forskjellige spesielle utførelser, vil det forstås at oppfinnelsen kan komme til anvendelse i forbindelse med optiske innretninger av enhver art, slik som plane fotodioder, fotodioder av skredtype (avalanche photo-diodes) samt videre for holderfeste av plane lysledende dioder, eventuelt av lasertype.

Optiske innretninger utført i samsvar med foreliggende oppfinnelse, slik som beskrevet ovenfor, har følgende tekniske fordeler: (a) Da overstrømning eller forskyving av loddesjiktet for smeltefestet forhindres, vil det ikke forekomme noen reduksjon av det tilgjengelige gjennomskinnelige flateområde for lyspassasje p.g.a. avskjermende loddematerial. Dette øker utnyttelsesgraden for utstyr som omfatter optiske innretninger. Anvendt på en fotodiode vil foreliggende oppfinnelse ikke nedsette fotodiodens følsomhet, da denne forsynes med et påført metallsjikt, av f.eks. Sn, over smeltefesteområdet utenfor det lysmottagende vindu. Siden tykkelsen av det påførte metallsjikt kan reguleres etter ønske med en nøyaktighet på ±0,2 um, vil det ikke forekomme noen overstrømning av

loddemiddel.

(b) Det er ikke nødvendig å tilføre noe spesielt smeltefeste-middel, slik som loddemiddel eller epoksyharpiks, for å oppnå det ønskede smeltefeste. Dette gjør fremstillingen enkel og produktiviteten høy.

Claims

1. Holder for et optisk element omfattende: - et safirsubstrat (21) og - en smeltefestematte (23) utformet på oversiden av safirsubstratet (21) ved påføring og etterfølgende innbrenning av en elektrisk ledende pasta, idet nevnte elektrisk ledende pasta er påført et parti som derved danner en åpning (24) i smeltefestematten (23) slik at lys kan slippe igjennom safirsubstratet (21) og åpningen (24), karakterisert ved at - oversiden av safirsubstratet (21) har en forsenkning (52) med skrå sider (51), og at - den elektrisk ledende pasta (54) har kanter som omgir forsenkningen (52), slik at en øvre kontaktflate av smeltefestematten (23) i hovedsak blir plan etter innbrenning.

2. Holder for et optisk element ifølge krav 1, karakterisert ved at forsenkningen (52) anordnet på safirsubstratet (21) er mellom 5 - 10 um dyp.

3. Holder for et optisk element ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at de skrå sider (51) er dannet ved at partier av substratet (21) gradvis avtar i tykkelse for å danne nevnte forsenkning (52) som avgrenses av de skrå sider (51).

4. Optisk innretning omfattende: - en holder ifølge hvilket som helst av de forutgående krav, og - en optisk elementbrikke (60) som er smeltefestet på smelte-festemetten (23) og anordnet for å motta eller avgi lys fra sin smeltefestede side, karakterisert ved at - den optiske elementbrikke (60) på sin smeltefesteside er påført en elektrode (65) og et loddesjikt (66) i den angitte rekkefølge, og som hver er utstyrt med hull for overføring av lys, og at - den optiske elementbrikke (60) er smeltefestet til smeltefestematten (23) ved hjelp av loddesjiktet (66), slik at hullene i loddesjiktet og elektroden faller sammen med åpningen (24) i smeltefestematten.

5. Optisk innretning ifølge krav 4, karakterisert ved at loddesjiktet (66) er av Sn, eller en eutektisk legering av AuSn eller AuSi.

6. Optisk innretning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at loddesjiktet (66) er dannet ved plattering eller pådampning.

7. Optisk innretning ifølge krav 4, 5 eller 6, karakterisert ved at både elektroden (65) og loddesjiktet (66) er ringformet.