WO2020075678A1 - 光デバイス - Google Patents

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WO2020075678A1
WO2020075678A1 PCT/JP2019/039502 JP2019039502W WO2020075678A1 WO 2020075678 A1 WO2020075678 A1 WO 2020075678A1 JP 2019039502 W JP2019039502 W JP 2019039502W WO 2020075678 A1 WO2020075678 A1 WO 2020075678A1
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WO
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semiconductor element
electronic circuit
electromagnetic field
optical semiconductor
optical
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/039502
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English (en)
French (fr)
Inventor
真史 澤村
小杉　敏彦
和宏 丸山
泰彦 中西
敏孝 牛山
Original Assignee
Ｎｔｔエレクトロニクス株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical device used for optical communication.
  • Patent Document 1 As a photoelectric conversion component for an optical communication system, an optical device that can reduce the manufacturing cost, improve the degree of freedom in design, and prevent the deterioration of characteristics has been studied (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). See.).
  • the size of transceivers for optical communication is also required to be smaller.
  • the package size of the optical device that performs photoelectric conversion is required to be small.
  • optical semiconductor elements for example, photodiode (PD) and laser diode (LD)
  • electronic circuits for example, transimpedance amplifier (TIA) and driver
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the optical device of Patent Document 1.
  • a conductive submount is joined to the main surface of a conductive stem with solder or a conductive adhesive, and a light receiving element and a preamplifier are mounted in parallel on the submount via a carrier. .
  • the present invention provides an optical device that can easily mount and wire components without increasing the size, and reduce interference of electromagnetic fields between components and influence of heat. To aim.
  • the components are stacked on the substrate with a layer for blocking electromagnetic fields and heat sandwiched therebetween, instead of arranging the components side by side on the substrate.
  • the optical device according to the present invention is The package substrate, An electronic circuit arranged on the substrate, An optical semiconductor element electrically connected to the electronic circuit and disposed on the opposite side of the substrate from the electronic circuit, An electromagnetic field shielding layer that is disposed between the electronic circuit and the optical semiconductor element and shields an electromagnetic field,
  • An optical device having a package structure including:
  • a material having a higher dielectric constant than a material such as Al 2 O 3 or AlN usually used as a subcarrier material of an optical semiconductor as the electromagnetic field shielding layer to enhance the effect as the electromagnetic field shielding layer.
  • the material having a high dielectric constant include yttria-stabilized zirconia and zirconia.
  • the electromagnetic field shielding layer can be a subcarrier of the optical semiconductor element.
  • a subcarrier of the optical semiconductor element which is an insulator layer, may be further provided between the optical semiconductor element and the electromagnetic field shielding layer.
  • the electromagnetic field shielding layer may include a conductor layer.
  • the electromagnetic field shielding layer may be composed of the conductor layer and an insulating layer sandwiching both sides of the conductor layer. In this case, it is preferable to connect the conductor layer of the electromagnetic field shielding layer and the ground.
  • the electromagnetic field shielding layer may be a metal layer formed on the surface of the optical semiconductor element on the electronic circuit side or a conductive paste for joining the optical semiconductor element and the electronic circuit. .
  • At least one or more layers between the electronic circuit and the optical semiconductor element may be fixed with a heat insulating adhesive. Heat conduction from the electronic circuit to the optical semiconductor element can be reduced.
  • the present invention can provide an optical device that can easily mount and wire components without increasing the size and reduce the interference of electromagnetic fields between components and the influence of heat.
  • FIG. 1 and 2 are views for explaining the optical device 301 of this embodiment.
  • FIG. 2 is a top view of the optical device 301
  • FIG. 1 is a sectional view of the optical device 301 taken along line XX ′.
  • the optical device 301 includes a package substrate 10, an electronic circuit 11 disposed on the substrate 10, an optical semiconductor element 13 electrically connected to the electronic circuit 11, and disposed on the opposite side of the electronic circuit 11 from the substrate 10. And an electromagnetic field shielding layer 12 disposed between the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13 to shield an electromagnetic field.
  • the CAN package is completed by hermetically sealing the optical device 301 with, for example, a metal cap having a glass window.
  • the substrate 10 is a pedestal portion of the stem or CAN package, and is mainly made of metal such as Kovar.
  • the semiconductor element 13 is a photodiode (PD) that converts an incident optical signal into an electric signal or a laser diode (LD) that converts the electric signal into an optical signal and emits the optical signal.
  • the electronic circuit 11 is a transimpedance amplifier (TIA) for converting the output current from the PD into a voltage signal when the optical semiconductor element 13 is a PD, and drives the LD when the optical semiconductor element 13 is an LD. It is an LD driver for doing.
  • the electronic circuit 11 has an insertion type package structure such as a DIP (Dual Inline Package).
  • the electronic circuit 11 is mounted on the substrate 10
  • the electromagnetic field shielding layer 12 is arranged as a subcarrier of the optical semiconductor element 13 immediately above the electronic circuit 11, and the optical semiconductor element 13 is mounted in a stacked manner.
  • the subcarrier is a ceramic substrate on which an optical semiconductor element (semiconductor LD, PD, etc.) is mounted, and aluminum nitride (AlN) and aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ) are used as the ceramic material.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 a material having a high dielectric constant and a low thermal conductivity is used as the electromagnetic field shielding layer 12.
  • a material having a high dielectric constant and a low thermal conductivity is used as the electromagnetic field shielding layer 12.
  • yttria-stabilized zirconia (3Y-ZrO2) or zirconia (ZrO2) can be used.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 having such characteristics is used, the electromagnetic field shielding layer 12 reduces interference of the electromagnetic field generated by the electronic circuit 11 with the optical semiconductor element 13. Further, the electromagnetic field shielding layer 12 can also reduce heat conduction from the electronic circuit 11 to the optical semiconductor element 13.
  • the thickness of the electromagnetic field shielding layer 12 is preferably thick from the function of shielding the electromagnetic field.
  • the thick shielding layer is a factor that hinders downsizing of the device size and causes performance deterioration due to a long electrical wiring length.
  • a material having a high dielectric constant such as zirconia
  • it may be thinned (for example, about 0.1 to 0.4 mm) within a range in which the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13 are not in contact with each other. A sufficient shielding effect can be obtained.
  • the outer circumference of the electromagnetic field shielding layer 12 is inside the outer circumference of the electronic circuit 11 from the viewpoint of wire wiring to the electronic circuit 11, and from the viewpoint of mounting the optical semiconductor element 13 and the electromagnetic field shielding effect. It is better to be outside the optical semiconductor element 13.
  • the optical device 301 is manufactured as follows.
  • the electronic circuit 11, the electromagnetic field shielding layer 12, and the optical semiconductor element 13 are sequentially stacked and fixed on the substrate 10 of the package, and the electronic circuit 11, the optical semiconductor element 13 and other parts are electrically connected.
  • An optical device 301 having a package structure is manufactured.
  • the electronic circuit 11 is mounted on the substrate 10.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 in which the wiring is patterned, and then the optical semiconductor element 13 having the wiring terminals on the lower surface (mounting surface) is mounted.
  • the wiring pattern on the electromagnetic field shielding layer 12 is created in consideration of the positions of the terminals of the optical semiconductor element 13 to be mounted.
  • the optical semiconductor element 13 is placed on the electromagnetic field shielding layer 12 so that the terminals on the lower surface (mounting surface) of the optical semiconductor element 13 are located on the wiring of the electromagnetic field shielding layer 12, and gold or solder bumps are used. Connection is fixed. As a result, the electromagnetic field shielding layer 12 and the optical semiconductor element 13 are electrically connected.
  • the wiring pattern is preferably designed so as to have an appropriate impedance in consideration of the physical property value of the electromagnetic field shielding layer 12.
  • the electronic circuit 11 and the electromagnetic field shielding layer 12 are connected to each other by electric wiring (wire) or the like. According to this wiring method, the optical semiconductor element 13 and the electronic circuit 11 can be easily connected with a short wire as compared with a case where the optical semiconductor element 13 and the electronic circuit 11 are directly connected with each other, and the reflection of light by the wire on the input / output surface side of the optical semiconductor element 13 can be prevented. effective. Finally, the electronic circuit 11 and the substrate 10 are connected to each other by an electric wiring (wire) or the like. Through this step, electrical continuity is established from the optical semiconductor element 13 to the substrate 10.
  • the substrate 10 and the lead pin 14 are wire-connected as shown in FIG.
  • the step of wire connection between the electronic circuit 11 and the electromagnetic field shielding layer 12 or the substrate 10 and the step of mounting the optical semiconductor element 13 on the electromagnetic field shielding layer 12 may be performed before or after.
  • the electronic circuit 11, the electromagnetic field shielding layer 12, and the optical semiconductor element 13 mounted on the substrate 10 are fixed to each other with a conductive paste (for example, silver paste), but may be fixed with an adhesive.
  • a conductive paste for example, silver paste
  • the conductive paste itself has a function as the electromagnetic field shielding layer 12 because the conductive paste has conductivity. Therefore, although the effect is low, it is possible to mount the optical semiconductor element 13 directly on the electronic circuit 11 and fix it with the silver paste.
  • the silver paste plays the role of the electromagnetic field shielding layer 12, and the optical semiconductor element 13 and the electronic circuit 11 are connected by wire wiring.
  • the electrical wiring is formed by depositing a metal such as gold on the upper surface of the electromagnetic field shielding layer 12 in a desired shape and then plating the upper surface of the metal with gold or chromium.
  • the optical semiconductor element 13 is mounted directly above the electronic circuit 11 in this embodiment.
  • the distance between the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13 is short, and therefore the influence of a large electromagnetic field or heat generation generated by the electronic circuit 11 is affected. Element 13 will be received. Therefore, in the optical device 301, in order to prevent the interference of the electromagnetic field between the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13, the electromagnetic field shielding layer 12 that shields or suppresses the interference of the electromagnetic field is provided therebetween.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 may have a thickness capable of obtaining a sufficient shielding effect, for example, about 0.1 to 0.4 mm is suitable.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 may be provided with a sidewall having a height of about the optical semiconductor element 13 so as to surround the periphery of the optical semiconductor element 13 on the outer peripheral portion.
  • a sidewall having a height of about the optical semiconductor element 13 so as to surround the periphery of the optical semiconductor element 13 on the outer peripheral portion.
  • side walls are provided on four sides of the outer circumference of the electromagnetic field shielding layer 12.
  • a notch for electric wiring may be provided on the side wall.
  • the side wall may be surrounded not by a plane but by a stage. The structure having the side wall can obtain a higher shielding effect.
  • adhesion between components on the electronic circuit 11 for example, the electronic circuit 11 and the electromagnetic field shielding layer 12 or the electromagnetic field shielding layer 12 and the optical semiconductor element 13, or both of them.
  • An adhesive having high heat insulation may be used for (adhesion).
  • the electromagnetic field shielding layer 12 is arranged between the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13, but another layer is provided between the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13, for example, ceramic such as zirconia or steatite, or glass. You may arrange
  • the electromagnetic field shielding layer 12 is preferably arranged closer to the electronic circuit 11 than the heat insulating layer. This is because the electromagnetic field can be shielded more effectively.
  • the size of the electromagnetic field shielding layer 12 that shields the interference of electromagnetic fields should be such that it does not protrude from the electronic circuit 11 when viewed from above and that the optical semiconductor element 13 can be mounted. This is so as not to interfere with the electrical wiring of the electronic circuit 11. Therefore, if the electromagnetic field shielding layer 12 having cutouts such as cuts is used so that the electric wiring (wire) can be connected, the electromagnetic field shielding layer 12 can cover the electronic circuit 11. In this case, the electromagnetic field can be shielded more effectively. By mounting the optical semiconductor element 13 directly above the electronic circuit 11 via the electromagnetic field shielding layer 12, it is possible to prevent deterioration of the reception characteristics of the receiver and the transmission characteristics of the transmitter.
  • FIG. 2 is a top view of the optical device 301.
  • the optical semiconductor element 13 is adhered so that the electric wiring 16 formed on the electromagnetic field shielding layer 12 and the terminal on the lower surface of the optical semiconductor element 13 are aligned with each other, and the electric wiring 16 and the electronic circuit 11 are connected by a wire 15a. .
  • the electronic circuit 11 and the lead pin 14 are connected by a wire 15b. By these connections, the optical semiconductor element 13 and the lead pin 14 of the substrate 10 are electrically connected via the electronic circuit 11.
  • the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13 are arranged in parallel as shown in FIG. 7, but in the present embodiment, the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13 are perpendicular to the substrate 10 as shown in FIG. Arrange so that they overlap in the direction.
  • the optical semiconductor element 13 since the optical semiconductor element 13 is arranged right above the electronic circuit 11, it is not necessary to secure an area for mounting the optical semiconductor element 13 on the substrate 10 as shown in FIG. It becomes possible to secure a sufficient space for mounting components such as (PD, LD, etc.) and electronic components (electronic circuit capacitors, resistors, etc.), and it is easy to align the components mounted on the substrate 10. become.
  • an optical semiconductor is arranged at a position where the light coupling efficiency is optimized, and an electronic circuit is arranged near it.
  • the optical semiconductor cannot be placed at a position where the optical coupling efficiency is optimum, or the distance between the optical semiconductor and the electronic circuit becomes long, the characteristic deterioration due to the increase in the electrical wiring length occurs. There were cases.
  • the position adjustment range of the optical semiconductor element 13 and the electronic circuit 11 is expanded, and the degree of freedom in optical / electrical design is increased, so that the optical semiconductor and the electronic circuit are not deteriorated in characteristics. Can be implemented.
  • the shape of the electromagnetic field shielding layer 12 is a quadrangle in FIG. 2, it may be circular, as long as the outer periphery of the electromagnetic field shielding layer 12 is inside the outer periphery of the electronic circuit 11 and outside the optical semiconductor element 13. Such a shape may be used.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 is further provided with a side wall, and may have, for example, a box shape in which the optical semiconductor element 13 is accommodated. Further, a part of the box-shaped side wall may be provided with a notch for electric wiring with the electronic circuit 11.
  • the thickness of the electromagnetic field shielding layer 12 is preferably thin as long as the electromagnetic field shielding effect can be maintained.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 is a material having a high dielectric constant (such as zirconia), it is 0. It is preferably about 1 to 0.4 mm.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 has side walls, it is sufficient that the side wall portions have an electromagnetic field shielding effect and have a strength for retaining the shape.
  • a material having a high dielectric constant is preferable for the material of the electromagnetic field shielding layer 12, and for example, there is yttria-stabilized zirconia (3Y-ZrO 2 ) in addition to zirconia. Since yttria-stabilized zirconia (3Y-ZrO 2 ) or zirconia (ZrO 2 ) is a material having not only a high dielectric constant but also a low thermal conductivity, not only the electromagnetic field shielding effect but also the heat to the optical semiconductor element 13 is prevented. Can also be reduced.
  • the heat transfer from the electronic circuit 11 to the optical semiconductor element 13 can be reduced by providing a heat radiation mechanism (for example, a heat sink structure) on the electromagnetic field shielding layer 12.
  • the heat sink structure is used to increase the heat dissipation effect by the shape such that the surface area is large (fin shape, sword mountain shape with plates or rods or bellows shape).
  • a heat sink structure between the optical semiconductor element 13 and the electromagnetic field shielding layer 12 or in the electromagnetic field shielding layer 12 itself, the electromagnetic field interference and heat transfer between the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13 are suppressed.
  • the optical device of the present embodiment has a simple structure and can realize a structure that shields electromagnetic fields and prevents heat transfer, and has the advantage of being easy to assemble with few components.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the optical device 302 of this embodiment.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 also serves as a subcarrier, but the optical device 302 has a conventional optical device 302 made of aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) which is an insulator.
  • the subcarrier 12a is arranged on the electromagnetic field shielding layer 12.
  • the material of the electromagnetic field shielding layer 12 is the same as that of the optical device 301 of the first embodiment.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 and the subcarrier 12a have the same size, but the subcarrier 12a may be smaller than the electromagnetic field shielding layer 12 if it can be mounted on the optical semiconductor element 13. It may be arranged on a part of the upper surface of the electromagnetic field shielding layer 12.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 may have a thickness capable of obtaining a sufficient shielding effect, and is preferably 0.1 to 0.4 mm, and the subcarrier 12a is preferably about 0.1 mm.
  • the manufacturing method of the optical device 302 includes the package substrate 10, the electronic circuit 11, the electromagnetic field shielding layer 12, the subcarrier 12a, and the optical semiconductor element 13 in order.
  • the electronic circuits 11, the optical semiconductor element 13, and other components are stacked and electrically connected.
  • the electronic circuit 11 is mounted on the substrate 10.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 and the subcarrier 12a having a patterned wiring, and subsequently the optical semiconductor element 13 is mounted.
  • the wiring pattern on the subcarrier 12a is created in consideration of the positions of the terminals of the optical semiconductor element 13 to be mounted.
  • the optical semiconductor element 13 is mounted so that the terminal on the lower surface of the optical semiconductor element 13 is located on the wiring of the subcarrier 12a, and the terminal and the wiring are electrically connected by gold or solder bumps.
  • the wiring pattern is preferably designed to have an appropriate impedance in consideration of the physical property value of the subcarrier.
  • the wiring pattern of the sub-carrier 12a and the electronic circuit 11 are connected by electric wiring (wire) or the like
  • the electronic circuit 11 and the substrate 10 are connected by electric wiring (wire) or the like
  • the substrate 10 and the lead pin 14 are connected. Connect with electrical wiring.
  • the lead pin 14 and the optical semiconductor element 13 are electrically connected via the subcarrier 12a and the electronic circuit 11.
  • the step of connecting the wiring pattern of the subcarrier 12a and the electronic circuit 11 and the step of mounting the optical semiconductor element 13 on the subcarrier 12a may be performed in tandem.
  • the electromagnetic field shielding layer 12 having cutouts such as cuts is used so that the electric wiring (wire) can be connected, a mode in which the electromagnetic field shielding layer 12 covers the electronic circuit 11 is also possible. Is. In this case, the electromagnetic field shielding effect is further enhanced.
  • the optical device 302 can also obtain the same effect as the effect described in the optical device 301 of the first embodiment. Further, since the material used directly below the optical semiconductor element 13 is a material used as a conventional subcarrier such as a dielectric material (AlN or Al 2 O 3 ), die bonding of the optical semiconductor element 13 is facilitated. In addition, since the dielectric material has a thermal expansion coefficient close to that of a material such as GaAs or InP that is generally used as a material for optical semiconductors, it is possible to suppress fluctuations in characteristics of the device due to temperature changes.
  • a material used as a conventional subcarrier such as a dielectric material (AlN or Al 2 O 3 )
  • the dielectric material has a thermal expansion coefficient close to that of a material such as GaAs or InP that is generally used as a material for optical semiconductors, it is possible to suppress fluctuations in characteristics of the device due to temperature changes.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the optical device 303 of this embodiment.
  • the optical device 303 includes an electromagnetic field shielding layer 12b as an alternative to the electromagnetic field shielding layer 12 of the optical device 301 of FIG.
  • the electromagnetic field shielding layer 12b is composed of a plurality of layers, and at least one of the plurality of layers is a conductor.
  • the electromagnetic field shielding layer 12b includes a lower layer (a layer in contact with the electronic circuit 11) 12-1, an upper layer (a layer in contact with the optical semiconductor element 13) 12-3, and an intermediate layer therebetween. It is composed of three layers 12-2.
  • the lower layer 12-1 and the upper layer 12-3 are, for example, aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • the intermediate layer 12-2 is, for example, a metal such as gold or copper.
  • a three-layer configuration in which both sides of the conductor are sandwiched by insulators is optimal in terms of the size of the optical device.
  • the thickness of the intermediate layer 12-2 is preferably a metal film having a thickness of several ⁇ m.
  • the lower layer 12-1 and the upper layer 12-3 sandwiching the intermediate layer 12-2 each preferably have a thickness of about 0.1 to 0.2 mm.
  • the size of the electromagnetic field shielding layer 12b may be a size that does not protrude from the electronic circuit 11 when viewed from above from the point of wire connection of the electronic circuit 11 and a size on which the optical semiconductor element 13 can be mounted,
  • the sizes of the lower layer 12-1, the upper layer 12-3, and the intermediate layer 12-2 do not have to be the same.
  • the upper layer 12-3 may be provided on a part of the upper surface of the intermediate layer 12-2, but it is preferable that the lower layer 12-1 and the intermediate layer 12-2 have the same size. Further, if a cutout for wire wiring is provided in the electromagnetic field shielding layer 12b, the lower layer 12-1 and the intermediate layer 12-2 may be integrated in the same size so as to cover the electronic circuit 11. .
  • the lower layer 12-1 may not be aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as long as it is an insulating thin film, but by using aluminum nitride (AlN) having high thermal conductivity, It becomes possible to remove the heat of the electronic circuit and radiate it from the intermediate layer 12-2. From the viewpoint of removing heat from the electronic circuit, the lower layer 12-1 and the intermediate layer 12-2 are preferably arranged so as to cover a large area on the electronic circuit.
  • the upper layer 12-3 is optimally made of aluminum nitride (AlN) or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) which has good insulating properties and mountability.
  • heat insulation is provided between two adjacent layers of the optical semiconductor element 13, the upper layer 12-3, the intermediate layer 12-2, the lower layer 12-1, and the electronic circuit 11. It may be fixed with an adhesive.
  • the manufacturing method of the optical device 303 is basically the same as that of the optical devices 301 and 302.
  • the electronic circuit 11 is mounted on the substrate 10.
  • the lower layer 12-1 on which the intermediate layer 12-2 which is a conductor is formed in advance is mounted, and then the upper layer 12-3 on which the wiring is patterned is mounted.
  • the electromagnetic field shielding layer 12b may be created in advance and the electromagnetic field shielding layer 12b may be mounted on the electronic circuit 11.
  • each layer constituting the electromagnetic field shielding layer 12b is fixed with a silver paste or an adhesive.
  • the optical semiconductor element 13 is mounted on the upper layer 12-3.
  • the wiring pattern on the upper layer 12-3 is created in consideration of the positions of the terminals of the mounted optical semiconductor element 13.
  • the wiring pattern is preferably designed so as to have an appropriate impedance in consideration of the physical properties of the upper layer 12-3.
  • the wiring pattern of the upper layer 12-3 and the electronic circuit 11 are connected by wire wiring or the like. Through this step, the electronic circuit 11 and the optical semiconductor element 13 are electrically connected.
  • the step of connecting the wiring pattern of the upper layer 12-3 and the electronic circuit 11 and the step of mounting the optical semiconductor element 13 on the upper layer 12-3 may be performed in tandem.
  • the intermediate layer 12-2 is a film-formed conductor, it is sufficiently possible to form the electromagnetic field shielding layer 12b as a whole with a thickness of about 0.1 to 0.4 mm. Even the configuration does not hinder the miniaturization of the optical device. Further, since the intermediate layer 12-2 which is a conductor has a large degree of freedom in shape, it may have a side surface so as to surround the optical semiconductor element and the upper layer 12-3.
  • the conductor of the intermediate layer serves as a heat dissipation surface, and heat transfer from the electronic circuit 11 to the optical semiconductor element 13 can be prevented.
  • a structure heat sink structure or uneven structure
  • having an increased surface area may be provided on the exposed surface of the intermediate layer sandwiched between the outer periphery of the upper layer 12-3 and the outer periphery of the intermediate layer 12-2.
  • the optical device 303 can also obtain the same effect as the effect described in the optical device 301 of the first embodiment.
  • the intermediate layer 12-2 of the electromagnetic field shielding layer 12b is a conductor
  • the material of the upper layer 12-3 used immediately below the optical semiconductor element 13 is used as a conventional subcarrier such as a dielectric material (AlN or Al 2 O 3 ).
  • the material can be used and the optical semiconductor element 13 can be easily mounted.
  • the intermediate layer 12-2 of the electromagnetic field shielding layer 12b is connected to the GND potential of the package or the like with a wire or the like, the potential of the subcarrier can be kept at zero, so that the effect of shielding the electromagnetic field from the electronic circuit 11 is improved. To do.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the optical device 304 of this embodiment.
  • the optical device 304 is fixed to the subcarrier 15 by forming a film (for example, metal vapor deposition) of the conductor layer 12c as an electromagnetic field shielding layer on the back surface of the optical semiconductor element 13 during manufacturing.
  • the conductor layer 12c shields an electromagnetic field.
  • no wiring pattern is formed on the subcarrier 15.
  • the electronic circuit 11 is mounted on the substrate 10.
  • the subcarrier 15 and then the optical semiconductor element 13 having the conductor layer 12c formed on the back surface thereof are mounted.
  • the substrate 10, the electronic circuit 11, the subcarrier 15, and the optical semiconductor element 13 are fixed with a conductive paste such as silver paste.
  • the optical semiconductor element 13 and the electronic circuit 11, and the electronic circuit 11 and the substrate 10 are respectively connected by wire wiring or the like. If the substrate 10 and the lead pin 14 are connected by wire wiring or the like, the lead pin 14 of the substrate 10 and the optical semiconductor element 13 are electrically connected via the electronic circuit 11.
  • the conductor layer 12c may be formed on the back surface of the optical semiconductor 13 or may be formed by stacking conductor layers on the upper surface of the subcarrier 15. When the conductor layer 12c is stacked on the subcarrier 15 to form a film, the size of the conductor layer 12c is preferably wider than the size of the lower surface of the optical semiconductor 13.
  • the conductor layer 12c may be formed on the side surface as well as on the back surface of the optical semiconductor element 13, and instead of forming the conductor on the back surface of the optical semiconductor element 13, a conductive adhesive (for example, silver paste or conductive material) may be formed.
  • the optical semiconductor element 13 may be fixed to the subcarrier 15 with epoxy). Further, instead of the back surface of the optical semiconductor element 13, if the conductor layer 12c is formed on the upper surface of the subcarrier 15, or an adhesive such as silver paste is applied, the manufacturing process can be further simplified.
  • the conductor layer 12c can shield the electromagnetic field, and the subcarrier 15 can prevent heat transfer from the electronic circuit 11 to the optical semiconductor element 13.
  • the optical device 304 can also obtain the same effect as the effect described in the optical device 301 of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a receiver equipped with the optical device 305.
  • the optical device 305 is any of the optical devices 301 to 304 described in the first to fourth embodiments.
  • the optical semiconductor element 13 is a PD or APD (avalanche PD)
  • the electronic circuit 11 is a transimpedance amplifier (TIA) that converts a current signal from the PD or APD into a voltage signal.
  • the optical circuit 52 is mounted on the substrate 10 of the optical device 305 via the carrier 51.
  • the optical circuit 52 is a PLC (Planar Lightwave Circuit) or an optical filter.
  • the carrier 51 is a component that adjusts the height of the optical signal output by the optical circuit 52 from the substrate 10.
  • the optical circuit 52 Since the optical circuit 52 outputs the optical signal parallel to the surface of the substrate 10, the optical signal is directed to the substrate 10 side by the mirror 53.
  • the optical semiconductor element 13 By disposing the optical device 305 under the mirror 53, the optical semiconductor element 13 (PD or APD) can receive the optical signal.
  • the optical semiconductor element 13 is an LD and the electronic circuit 11 is an LD driver that supplies a bias voltage or an electric signal to the LD
  • the arrows in FIG. 6 are reversed and the transmitter is illustrated.
  • the PLC and the optical circuit 52 of the optical filter are mounted on the substrate 10 via the carrier 51. Since the LD outputs an optical signal perpendicularly to the substrate 10, the mirror 53 directs the optical signal parallel to the surface of the substrate 10. The positions and orientations of the optical circuit 52, the transmitter, and the mirror 53 are adjusted so that the optical circuit 52 can receive an optical signal.
  • the TIA and the APD are arranged so as to overlap each other in position, compared to the conventional configuration (FIG. 7), not only the PD and electronic components mounted on the substrate 10 but also the mirror 53 Positioning becomes easy. Even when optical components such as the optical semiconductor element 13 and the lens are required to be aligned on the substrate 10, the degree of freedom in alignment of these optical components is increased, and therefore alignment is facilitated.
  • Substrate 11 Electronic circuit (TIA, LD driver) 12: electromagnetic field shielding layer 12a: subcarrier 12b: electromagnetic field shielding layer 12c: conductor layer 12-1: lower layer 12-2: intermediate layer 12-3: upper layer 13: optical semiconductor element (PD, LD) 14: lead pin 15: subcarriers 15a and 15b: wire 16: electrical wiring 51: carrier 52: optical circuit 53: mirrors 301 to 305: optical device

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Abstract

サイズを大きくすることなく部品の搭載や配線を容易にでき、且つ部品間の電磁界の干渉や熱の影響を低減できる光デバイスを提供することを目的とする。 本発明に係る光学モジュールは、ＣＡＮパッケージ内の狭い実装スペースへの部品搭載を実現するために、本実施形態では電子回路１１の直上に光半導体素子１３の実装を行うという手法をとる。電子回路１１の直上に光半導体素子１３を実装することで、基板１０上に光半導体素子１３を載せる面積を確保する必要がなくなり、その他の構成部品を実装するためのスペースを十分に確保できるようになる。また、構成部品間にスペースが生まれるので、部品の搭載や配線作業が容易になる。さらに、実装可能なスペースが広がることによって、光半導体素子１３と電子回路１１の位置が調整可能になり、光学・電気設計の自由度が増す。

Description

光デバイス
　本開示は、光通信に用いられる光デバイスに関する。
　光通信システム用の光電変換部品として、製造コストを低減し、設計の自由度を向上させ、特性の劣化を防ぐことができる光デバイスが検討されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１を参照。）。
特開２０１１－２５３９０４号公報
ＳＡＥ－ＫＹＯＵＮＧ　ＫＡＮＧ，ＪＯＯＮ　ＹＯＵＮＧ　ＨＵＨ，　ＪＩＥ　ＨＹＵＮ　ＬＥＥ，　ＡＮＤ　ＪＯＯＮ　ＫＩ　ＬＥＥ，　"Ｌｏｗ－ｃｏｓｔ　ａｎｄ　ｍｉｎｉａｔｕｒｉｚｅｄ　１００－Ｇｂ／ｓ　（２　×　５０　Ｇｂ／ｓ）　ＰＡＭ－４　ＴＯ－ｐａｃｋａｇｅｄ　ＲＯＳＡ　ｆｏｒ　ｄａｔａ　ｃｅｎｔｅｒ　ｎｅｔｗｏｒｋｓ"，　Ｖｏｌ．　２６，　Ｎｏ．　５，　５　Ｍａｒ　２０１８，　ＯＰＴＩＣＳ　ＥＸＰＲＥＳＳ　６１７２
　光送信機や光受信機の小型化に伴い、光通信用トランシーバーのサイズも小型化が求められている。トランシーバーの小型化を実現するために、光電変換を行う光デバイスのパッケージサイズも小型のものが求められる。小型の光デバイスでは、構成部品である光半導体素子（例えば、フォトダイオード（ＰＤ）やレーザダイオード（ＬＤ））や電子回路（例えば、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）やドライバ）などを高密度で実装することが求められる。
　図７は、特許文献１の光デバイスを説明する図である。この光デバイスは、導電性のステムの主面に、半田又は導電性接着剤により導電性のサブマウントが接合され、このサブマウント上にキャリアを介して受光素子とプリアンプが並列に実装されている。
　しかし、狭いスペースに部品のダイボンディングやワイヤボンディングを行うことは製造上の歩留まり悪化やコストの上昇につながるため、パッケージ上に部品を実装するスペースは十分確保することが望ましい。また、高密度での部品実装を行うと光半導体、電子回路その他の部品間の距離が近くなる。部品間の距離が近くなると、互いの部品間の電磁界の干渉や熱の影響が大きくなり、トランシーバーの特性が劣化するという課題がある。
　本発明は、前記課題を解決するために、サイズを大きくすることなく部品の搭載や配線を容易にでき、且つ部品間の電磁界の干渉や熱の影響を低減できる光デバイスを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る光デバイスは、基板上に部品を並べて配置するのではなく、電磁界や熱を遮断する層を挟んで基板上に部品を積み上げることとした。
　具体的には、本発明に係る光デバイスは、
　パッケージの基板と、
　前記基板上に配置された電子回路と、
　前記電子回路と電気的に接続され、前記電子回路の前記基板と反対側に配置された光半導体素子と、
　前記電子回路と前記光半導体素子との間に配置され、電磁界を遮蔽する電磁界遮蔽層と、
を備えるパッケージ構造の光デバイスである。
　光半導体のサブキャリア材料として通常使用されるＡｌ２Ｏ３やＡｌＮなどの材料よりも誘電率の高い材料を、前記電磁界遮蔽層として使用することで、電磁界遮蔽層としての効果を高めることができる。誘電率の高い材料としては、イットリア安定化ジルコニア又はジルコニアなどが例示できる。
　例えば、前記電磁界遮蔽層は、前記光半導体素子のサブキャリアとすることができる。
　前記光半導体素子と前記電磁界遮蔽層との間に絶縁体層である前記光半導体素子のサブキャリアをさらに備えてもよい。
　また、前記電磁界遮蔽層は導体層を備えてもよい。このとき、前記電磁界遮蔽層は前記導体層及び前記導体層の両側を挟む絶縁体層から構成されるとしてもよい。この場合、前記電磁界遮蔽層が有する導体層とグランドとを接続することが好ましい。
　その他にも、前記電磁界遮蔽層は、前記光半導体素子の前記電子回路側の面に製膜された金属層や前記光半導体素子と前記電子回路とを接合する導電性ペーストとすることもできる。
　本発明に係る光デバイスは、前記電子回路と前記光半導体素子との間にある、少なくとも１つ以上の層間が断熱性接着剤で固定されていてもよい。前記電子回路から前記光半導体素子への熱伝導を低減できる。
　なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。
　本発明は、サイズを大きくすることなく部品の搭載や配線を容易にでき、且つ部品間の電磁界の干渉や熱の影響を低減できる光デバイスを提供することができる。
本発明に係る光デバイスを説明する図である。 本発明に係る光デバイスを説明する図である。 本発明に係る光デバイスを説明する図である。 本発明に係る光デバイスを説明する図である。 本発明に係る光デバイスを説明する図である。 本発明に係る光デバイスを説明する図である。 特許文献１の光デバイスを説明する図である。
　添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
（実施形態１）
　図１及び図２は本実施形態の光デバイス３０１を説明する図である。図２は、光デバイス３０１の上面図であり、光デバイス３０１をＸ－Ｘ’で切断した断面図が図１である。光デバイス３０１は、パッケージの基板１０と、基板１０上に配置された電子回路１１と、電子回路１１と電気的に接続され、電子回路１１の基板１０と反対側に配置された光半導体素子１３と、電子回路１１と光半導体素子１３との間に配置され、電磁界を遮蔽する電磁界遮蔽層１２と、を備える。光デバイス３０１を、例えばガラス窓を有する金属キャップで気密封止すれば、ＣＡＮパッケージが完成する。
　基板１０は、ステム又はＣＡＮパッケージの台座部分であり、主にコバール等の金属から成る。
　半導体素子１３は、入射する光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）や電気信号を光信号に変換して出射するレーザダイオード（ＬＤ）である。
　電子回路１１は、光半導体素子１３がＰＤである場合、ＰＤからの出力電流を電圧信号に変換するためのトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）であり、光半導体素子１３がＬＤである場合、ＬＤを駆動するためのＬＤドライバである。電子回路１１は、ＤＩＰ（Ｄｕａｌ　Ｉｎｌｉｎｅ　Ｐａｃｋａｇｅ）のような挿入型パッケージ構造となっている。
　図１のように基板１０上に電子回路１１を実装し、その直上に光半導体素子１３のサブキャリアとして電磁界遮蔽層１２を配置し、さらに光半導体素子１３を重ねて実装する。通常、サブキャリアは光半導体素子（半導体ＬＤやＰＤなど）を実装するセラミック基板であり、セラミック材料としては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と酸化アルミニウム（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）が用いられている。
　本実施形態では、電磁界遮蔽層１２として誘電率が高く、且つ熱伝導率の低い材料を用いる。例えば、イットリア安定化ジルコニア（３Ｙ－ＺｒＯ２）又はジルコニア（ＺｒＯ２）が使用できる。本実施形態では、このような特性を有する電磁界遮蔽層１２を用いるため、電磁界遮蔽層１２は、電子回路１１が発生する電磁界の光半導体素子１３への干渉を低減する。また、電磁界遮蔽層１２は、電子回路１１から光半導体素子１３への熱の伝導も低減することもできる。電磁界遮蔽層１２の厚みは、電磁界の遮蔽という機能からは厚い方が良いが、厚い遮蔽層は、デバイスサイズの小型化の妨げや、電気配線長が長くなることによる性能劣化の要因となる。電磁界遮蔽層１２として誘電率の高い材料（ジルコニア等）を用いる場合は、電子回路１１と光半導体素子１３とが接触しない範囲で薄くしても（例えば、０．１～０．４ｍｍ程度）十分な遮蔽効果を得ることができる。
　また、電磁界遮蔽層１２の外周は、電子回路１１へのワイヤ配線を行う観点から、電子回路１１の外周の内側にあり、かつ光半導体素子１３の実装の観点及び電磁界遮蔽効果の観点から、光半導体素子１３の外側にあるのが良い。
　光デバイス３０１は、次のように製造する。パッケージの基板１０に、電子回路１１と、電磁界遮蔽層１２と、光半導体素子１３と、を順に積み上げ固定し、電子回路１１、光半導体素子１３その他の部品の間を電気的に接続してパッケージ構造の光デバイス３０１を製造する。
　具体的には、まず、基板１０に電子回路１１を搭載する。電子回路１１の上に、配線がパターニングされた電磁界遮蔽層１２、続いて下面（搭載面）に配線の端子を有する光半導体素子１３を搭載する。電磁界遮蔽層１２上の配線パターンは、搭載される光半導体素子１３の端子の位置を考慮して作成されている。電磁界遮蔽層１２の配線上に光半導体素子１３の下面（搭載面）の端子が位置するように、光半導体素子１３は電磁界遮蔽層１２上に載置され、金や半田のバンプを使って接続固定される。これにより、電磁界遮蔽層１２と光半導体素子１３とは導通する。配線のパターンは電磁界遮蔽層１２の物性値を考慮して、適正なインピーダンスとなるよう設計されていることが好ましい。電子回路１１と電磁界遮蔽層１２とは電気配線（ワイヤ）などで電気配線間を接続する。この配線方法は、光半導体素子１３と電子回路１１とを直接ワイヤ接続する場合に比べ、短いワイヤで容易に接続できるうえ、光半導体素子１３の入出射面側のワイヤによる光の反射を防止できる効果がある。最後に、電子回路１１と基板１０とを電気配線（ワイヤ）などで電気配線と端子間を接続する。この工程により光半導体素子１３から基板１０まで導通する。基板１０とリードピン１４とは図2のようにワイヤ接続されている。なお、電子回路１１と電磁界遮蔽層１２や基板１０とのワイヤ接続工程と、電磁界遮蔽層１２に光半導体素子１３を搭載する工程とは、前後してもかまわない。
　基板１０上に搭載される電子回路１１、電磁界遮蔽層１２、光半導体素子１３の各部品同士は導電性ペースト（例えば、銀ペースト）で固定されるが、接着剤で固定しても良い。導電性ペーストで固定する場合、導電性ペーストは導電性を有するため、導電性ペースト自体が電磁界遮蔽層１２としての働きを有する。したがって、効果は低いものの光半導体素子１３を直接電子回路１１上に搭載し銀ペーストで固定する構成も可能である。この場合、銀ペーストが電磁界遮蔽層１２の役割を果たし、光半導体素子１３と電子回路１１とはワイヤ配線で接続することになる。
　電気配線は、金等の金属を電磁界遮蔽層１２などの上面に所望の形状で蒸着した後に、該金属の上面に金又はクロムをメッキすることで形成される。
　ＣＡＮパッケージ内の狭い実装スペースへの部品搭載を実現するために、本実施形態では電子回路１１の直上に光半導体素子１３の実装を行う。通常このように電子回路１１の直上に光半導体素子１３の実装を行った場合、電子回路１１と光半導体素子１３の距離が近いため電子回路１１が発生する大きな電磁界や発熱の影響を光半導体素子１３が受けることになる。そこで、光デバイス３０１では、電子回路１１と光半導体素子１３と間の電磁界の干渉を防ぐために、双方の間に電磁界の干渉を遮蔽もしくは抑圧する電磁界遮蔽層１２を設ける。電磁界遮蔽層１２は十分な遮蔽効果を得ることができる厚さであれば良く、例えば０．１～０．４ｍｍ程度が適当である。
　さらに、電磁界遮蔽層１２は、外周部に光半導体素子１３の周囲を囲うように光半導体素子１３程度の高さの側壁を設けても良い。例えば、図２のような形状であれば、電磁界遮蔽層１２の外周の４辺に側壁を設ける。側壁には電気配線用の切り欠き部を設けても良い。また、側壁は平面でなく局面で囲っても良い。側壁を有する構成の方が高い遮蔽効果を得ることができる。
　また、電子回路１１の発熱の影響を防止するため、電子回路１１上の部品間の接着（例えば、電子回路１１と電磁界遮蔽層１２や電磁界遮蔽層１２と光半導体素子１３、あるいは両者の接着）に断熱性の高い接着剤を用いても良い。
　電磁界遮蔽層１２は電子回路１１と光半導体素子１３との間に配置されるが電子回路１１と光半導体素子１３との間に別の層、例えば、ジルコニアやステアタイト等のセラミックやガラスなどの無機材料を用いた断熱層を配置しても良い。この場合は、電磁界遮蔽層１２はこの断熱層より電子回路１１に近い側に配置するのが良い。それは、電磁界をより効果的に遮蔽できるためである。
　電磁界の干渉を遮蔽する電磁界遮蔽層１２の大きさは、上から見た時に電子回路１１からはみ出さない大きさで、かつ光半導体素子１３が実装可能な大きさが良い。これは、電子回路１１の電気配線の妨げにならないようにするためである。したがって、電気配線（ワイヤ）が接続できるように、切れ目等の切り欠き部を有する電磁界遮蔽層１２を用いれば、電磁界遮蔽層１２が電子回路１１を覆うような形態が可能である。この場合、電磁界をより効果的に遮蔽できる。電磁界遮蔽層１２を介して電子回路１１の直上に光半導体素子１３を実装することで、レシーバの受信特性やトランスミッタの送信特性の劣化を防ぐことができる。
　図２は、光デバイス３０１の上面図である。光半導体素子１３は電磁界遮蔽層１２上に形成された電気配線１６と光半導体素子１３下面の端子が一致するように接着され、電気配線１６と電子回路１１とはワイヤ１５ａで接続されている。電子回路１１とリードピン１４とはワイヤ１５ｂで接続されている。これらの接続により、電子回路１１を介して光半導体素子１３と基板１０のリードピン１４とは電気接続される。
　従来では、図７のように電子回路１１と光半導体素子１３とは並列配置されていたが、本実施形態では、図２のように電子回路１１と光半導体素子１３とは基板１０に対し垂直方向で重なるように配置する。このように本実施形態では、光半導体素子１３を電子回路１１の真上に配置するため、図７のように基板１０上に光半導体素子１３を載せる面積を確保する必要がなくなり、光半導体素子（ＰＤやＬＤなど）や電子部品（電子回路コンデンサや抵抗など）などの構成部品を実装するためのスペースを十分に確保できるようになり、基板１０上に搭載される構成部品の位置合わせが容易になる。
　また、構成部品間にもスペースが生まれるので、ダイボンディングや配線作業が容易になる。通常、光デバイスでは、光の結合効率が最適になるような位置に光半導体を配置し、その近くに電子回路を配置するように設計する。しかし、限られた実装スペースでは、光の結合効率が最適になる位置に光半導体を配置できない場合や、光半導体と電子回路の距離が遠くなり、電気配線長さの増加による特性劣化が発生する場合があった。本発明では、実装可能なスペースが広がることによって、光半導体素子１３と電子回路１１の位置調整範囲が広がり、光学・電気設計の自由度が増すため、特性を劣化させることなく光半導体と電子回路を実装することができる。
　電磁界遮蔽層１２の形状は図２では四角形であるが、円形でも良く、電磁界遮蔽層１２の外周が、電子回路１１の外周の内側にあり、かつ光半導体素子１３の外側にあればどのような形状でも良い。また、電磁界遮蔽層１２はさらに側壁を備え、例えば、光半導体素子１３が収まる升状形状でも良い。さらに、電子回路１１との電気配線用に升状形状の側壁の一部に切れ込みがあっても良い。
　電磁界遮蔽層１２の厚さは、電磁界遮蔽効果が維持できる範囲内であれば薄い方が良く、例えば、電磁界遮蔽層１２が誘電率の高い材料（ジルコニア等）の場合には、０．１～０．４ｍｍ程度が好ましい。電磁界遮蔽層１２が側壁を有する場合は、側壁部は電磁界遮蔽効果が有り、形状を保持する強度があれば良い。
　電磁界遮蔽層１２の材料は誘電率が高いものが良く、例えば、ジルコニアの他にイットリア安定化ジルコニア（３Ｙ－ＺｒＯ２）がある。イットリア安定化ジルコニア（３Ｙ－ＺｒＯ２）又はジルコニア（ＺｒＯ２）は誘電率が高いばかりではなく、熱伝導率も低い材料であるため、電磁界遮蔽効果ばかりでなく、光半導体素子１３への熱の伝達を低減することもできる。
　また、電磁界遮蔽層１２に放熱機構（例えば、ヒートシンク構造）を設けることでも電子回路１１から光半導体素子１３への熱の伝達を低減できる。ヒートシンク構造は表面積が大きくなるような形状（フィン状、板や棒の生えた剣山状や蛇腹状）により、放熱効果を増大させるために用いられる。
　光半導体素子１３と電磁界遮蔽層１２の間や電磁界遮蔽層１２自体にヒートシンク構造を形成することで、電子回路１１と光半導体素子１３との間の電磁界の干渉と熱の伝達を抑えながら、小型パッケージへの部品実装が可能となる。
　本実施形態の光デバイスは、簡便な構造で、電磁界の遮蔽と熱の伝達を防ぐ構造を実現でき、構成部品が少なく組み立てが容易というメリットがある。
（実施形態２）
　図３は、本実施形態の光デバイス３０２を説明する図である。図１の光デバイス３０１は電磁界遮蔽層１２がサブキャリアを兼ねていたが、光デバイス３０２は、絶縁体である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を材料とする従来のサブキャリア１２ａが電磁界遮蔽層１２上に配置される。電磁界遮蔽層１２の材料等は実施形態１の光デバイス３０１と同じである。
　図３では、電磁界遮蔽層１２とサブキャリア１２ａの大きさは同じであるが、光半導体素子１３への搭載が可能ならば、サブキャリア１２ａは電磁界遮蔽層１２より小さくても良いし、電磁界遮蔽層１２の上面の一部に配置されても良い。電磁界遮蔽層１２は十分な遮蔽効果を得ることができる厚さであれば良く、０．１～０．４ｍｍが好ましく、サブキャリア１２aは０．１ｍｍ程度が好ましい。
　光デバイス３０２の製造方法は、実施形態１の光デバイス３０１と同様に、パッケージの基板１０に、電子回路１１と、電磁界遮蔽層１２と、サブキャリア１２ａと、光半導体素子１３と、を順に積み上げ、電子回路１１、光半導体素子１３その他の部品の間を電気的に接続する。
　具体的には、まず、基板１０に電子回路１１を搭載する。電子回路１１の上に、電磁界遮蔽層１２、及び配線がパターニングされたサブキャリア１２ａ、続いて光半導体素子１３を搭載する。サブキャリア１２ａ上の配線パターンは、搭載される光半導体素子１３の端子の位置を考慮して作成されている。光半導体素子１３はサブキャリア１２ａの配線上に光半導体素子１３の下面の端子が位置するように搭載され、端子と配線とは金や半田バンプで電気接続される。配線のパターンはサブキャリアの物性値を考慮して、適正なインピーダンスとなるよう設計されていることが好ましい。最後に、サブキャリア１２ａの配線パターンと電子回路１１とを電気配線（ワイヤ）などで接続し、電子回路１１と基板１０とを電気配線（ワイヤ）などで接続し、基板１０とリードピン１４とを電気配線で接続する。この工程により、サブキャリア１２ａ、電子回路１１を経由してリードピン１４と光半導体素子１３とが導通する。なお、サブキャリア１２ａの配線パターンと電子回路１１とを接続する工程と、サブキャリア１２ａに光半導体素子１３を搭載する工程とは、前後してもかまわない。
　本実施形態においても、電気配線（ワイヤ）が接続できるように、切れ目等の切り欠き部を有する電磁界遮蔽層１２を用いれば、電磁界遮蔽層１２が電子回路１１を覆うような形態も可能である。この場合、電磁界の遮蔽効果はより高まる。
　光デバイス３０２も実施形態１の光デバイス３０１で説明した効果と同様の効果が得られる。さらに、光半導体素子１３の直下に使用する材料が誘電体材料（ＡｌＮやＡｌ２Ｏ３）といった従来のサブキャリアとして使用される材料なので、光半導体素子１３のダイボンディングが容易となる。また、誘電体材料は一般に光半導体の材料として使われるＧａＡｓやＩｎＰといった材料と熱膨張率が近いため、デバイスの温度変化に対する特性の変動も抑えることが可能になる。
（実施形態３）
　図４は、本実施形態の光デバイス３０３を説明する図である。光デバイス３０３は、図１の光デバイス３０１の電磁界遮蔽層１２の代替として電磁界遮蔽層１２ｂを備える。電磁界遮蔽層１２ｂは、複数の層から構成され、前記複数の層のうち少なくとも１つが導体であることを特徴とする。
　図４の光デバイス３０３の場合、電磁界遮蔽層１２ｂは、下層（電子回路１１に接触する層）１２－１、上層（光半導体素子１３に接触する層）１２－３及びその間にある中間層１２－２の３層で構成される。下層１２－１と上層１２－３は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）である。中間層１２－２は、例えば、金や銅等の金属である。電磁界を遮蔽し導体隔離する構成としては、導体の両側を絶縁体で挟む３層の構成が光デバイスのサイズの点から最適である。中間層１２－２の厚みは、数μｍの金属膜が望ましい。中間層１２－２を挟む下層１２－１と上層１２－３は、それぞれ０．１～０．２ｍｍ程度の厚さが好ましい。
　電磁界遮蔽層１２ｂの大きさは、電子回路１１のワイヤ接続の点から上から見た時に電子回路１１からはみ出さない大きさ、かつ光半導体素子１３が実装可能な大きさであればよく、下層１２－１、上層１２－３及び中間層１２－２の大きさは同じである必要はない。上層１２－３は中間層１２－２上面の一部に設けられていても良いが、下層１２－１と中間層１２－２とは同じ大きさが好ましい。また、電磁界遮蔽層１２ｂにワイヤ配線用の切り欠きを設ければ、下層１２－１と中間層１２－２は同じ大きさで一体化させて電子回路１１を覆う程度の大きさとしても良い。
　また、下層１２－１は絶縁性薄膜であれば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）でなくても良いが、熱伝導率の良い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を使用することで、電子回路の熱を取り除き中間層１２－２から放熱することが可能になる。また、電子回路の熱を取り除くという観点から下層１２－１と中間層１２－２は、電子回路上の広い面積を覆うように配置されることが好ましい。上層１２－３は絶縁性と搭載性が良い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）が最適である。
　また、光半導体素子１３を電子回路の熱から保護する観点から、光半導体素子１３、上層１２－３、中間層１２－２、下層１２－１、電子回路１１の隣り合う２層の間を断熱性接着剤で固定しても良い。断熱接着剤で固定する層間の数が多い程断熱効果は高い。
　光デバイス３０３の製造方法は、基本的には光デバイス３０１、３０２と同じである。まず、基板１０に電子回路１１を搭載する。電子回路１１の上に、予め導体である中間層１２－２が製膜された下層１２－１を搭載し、次に配線がパターニングされた上層１２－３を搭載する。なお、予め電磁界遮蔽層１２ｂを作成しておき、電子回路１１上に電磁界遮蔽層１２ｂを搭載してもよい。この場合、電磁界遮蔽層１２ｂを構成する各層は銀ペーストまたは接着剤で固定する。続いて上層１２－３の上に光半導体素子１３を搭載する。上層１２－３上の配線パターンは、搭載される光半導体素子１３の端子の位置を考慮して作成されている。配線のパターンは上層１２－３の物性値を考慮して、適正なインピーダンスとなるよう設計されていることが好ましい。最後に、上層１２－３の配線パターンと電子回路１１とをワイヤ配線などで接続する。この工程により電子回路１１と光半導体素子１３とが導通する。なお、上層１２－３の配線パターンと電子回路１１とを接続する工程と、上層１２－３に光半導体素子１３を搭載する工程とは、前後してもかまわない。
　本実施形態では、中間層１２－２は製膜された導体であるため、電磁界遮蔽層１２ｂ全体の厚さを０．１～０．４ｍｍ程度に形成することは十分可能であり、３層構成であっても光デバイスの小型化の障害とはならない。また、導体である中間層１２－２は形状の自由度が大きいため、光半導体素子と上層１２－３とを囲うように側面を有しても良い。
　本構成の場合、中間層の導体が放熱面となり、電子回路１１から光半導体素子１３への熱の伝達を防ぐことができる。放熱効果を増大するため、上層１２－３の外周と中間層１２－２の外周で挟まれた中間層の露出面に表面積が増大する構造（ヒートシンク構造や凹凸構造）を設けても良い。
　光デバイス３０３も実施形態１の光デバイス３０１で説明した効果と同様の効果を得られる。また、電磁界遮蔽層１２ｂの中間層１２－２が導体なので、光半導体素子１３の直下に使用する上層１２－３の材料を誘電体材料（ＡｌＮやＡｌ２Ｏ３）といった従来のサブキャリアとして使用される材料とすることができ、光半導体素子１３の搭載が容易となる。さらに、電磁界遮蔽層１２ｂの中間層１２－２をワイヤなどでパッケージなどのＧＮＤ電位に接続した場合、サブキャリアの電位をゼロに保てるので、電子回路１１からの電磁界を遮蔽する効果が向上する。
（実施形態４）
　図５は、本実施形態の光デバイス３０４を説明する図である。光デバイス３０４は、製造時に光半導体素子１３の裏面に電磁界遮蔽層として導体層１２ｃを製膜（例えば、金属蒸着）し、サブキャリア１５に固定される。本実施形態では、導体層１２ｃが電磁界を遮蔽する。本実施形態では、サブキャリア１５には配線パターンは形成されていない。
　光デバイス３０４の製造方法は、まず、基板１０に電子回路１１を搭載する。電子回路１１の上に、サブキャリア１５、続いて裏面に導体層１２ｃが製膜された光半導体素子１３を搭載する。基板１０、電子回路１１、サブキャリア１５、光半導体素子１３の各間は銀ペースト等の導電性ペーストで固定する。最後に、光半導体素子１３と電子回路１１、電子回路１１と基板１０とをそれぞれワイヤ配線などで接続する。基板１０とリードピン１４とをワイヤ配線などで接続すれば、電子回路１１を経由して基板１０のリードピン１４と光半導体素子１３とが導通する。導体層１２ｃは光半導体１３の裏面に製膜しても、サブキャリア１５上面に導体層を積み上げて製膜しても良い。導体層１２ｃをサブキャリア１５に積み上げて製膜する場合、導体層１２ｃの大きさは光半導体１３の下面の大きさより広い方が良い。
　光半導体素子１３の裏面ばかりでなく側面に導体層１２ｃを製膜しても良いし、導体を光半導体素子１３の裏面に製膜する代わりに、導電性接着剤（例えば、銀ペーストや導電性エポキシ）で光半導体素子１３をサブキャリア１５に固定しても良い。また、光半導体素子１３の裏面の代わりに、サブキャリア１５の上面に導体層１２ｃを製膜、あるいは銀ペーストなどの接着剤を塗布すれば、製造工程がより簡素化できる。
　光デバイス３０４は、導体層１２ｃで電磁界を遮蔽し、サブキャリア１５で電子回路１１から光半導体素子１３への熱の伝達を防ぐことができる。
　光デバイス３０４も実施形態１の光デバイス３０１で説明した効果と同様の効果を得られる。
（実施形態５）
　図６は、光デバイス３０５を搭載するレシーバを説明する図である。光デバイス３０５は、実施形態１～４で説明した光デバイス３０１～３０４のいずれかである。本レシーバの光デバイス３０５において、光半導体素子１３はＰＤ又はＡＰＤ（アバランシＰＤ）、電子回路１１はＰＤ又はＡＰＤからの電流信号を電圧信号へ変換するトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）である。光デバイス３０５の基板１０上にキャリア５１を介して光回路５２が搭載される。光回路５２はＰＬＣ（Ｐｌａｎａｒ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）や光フィルタである。キャリア５１は光回路５２が出力する光信号の基板１０からの高さを調節する部品である。
　光回路５２は光信号を基板１０の面に平行に出力するので、ミラー５３で当該光信号を基板１０側へ向ける。ミラー５３の下に光デバイス３０５を配置することで光半導体素子１３（ＰＤ又はＡＰＤ）は当該光信号を受光することができる。
　光半導体素子１３をＬＤ、電子回路１１をＬＤにバイアス電圧や電気信号を供給するＬＤドライバとすれば、図６の矢印が逆向きとなり、トランスミッタを説明する図となる。トランスミッタの場合も、基板１０上にキャリア５１を介してＰＬＣや光フィルタの光回路５２が搭載される。ＬＤは基板１０に垂直に光信号を出力するので、ミラー５３で当該光信号を基板１０の面に平行に向ける。光回路５２で光信号が受光できるように光回路５２、トランスミッタ、ミラー５３のそれぞれの位置や向きが調整される。
　本実施形態では、ＴＩＡとＡＰＤとは位置的に重なるように配置されているため、従来の構成（図７）に比べ、基板１０上に搭載されるＰＤや電子部品ばかりでなく、ミラー５３の位置合わせも容易になる。基板１０上で、光半導体素子１３とレンズなどの光学部品の調芯が必要な場合にもそれらの光学部品の位置合わせの自由度は増すため、調心が容易になる。
１０：基板
１１：電子回路（ＴＩＡ、ＬＤドライバ）
１２：電磁界遮蔽層
１２ａ：サブキャリア
１２ｂ：電磁界遮蔽層
１２ｃ：導体層
１２－１：下層
１２－２：中間層
１２－３：上層
１３：光半導体素子（ＰＤ、ＬＤ）
１４：リードピン
１５：サブキャリア
１５ａ、１５ｂ：ワイヤ
１６：電気配線
５１：キャリア
５２：光回路
５３：ミラー
３０１～３０５：光デバイス

Claims (6)

  1. 　パッケージの基板と、
    　前記基板上に配置された電子回路と、
    　前記電子回路と電気的に接続され、前記電子回路の前記基板と反対側に配置された光半導体素子と、
    　前記電子回路と前記光半導体素子との間に配置され、電磁界を遮蔽する電磁界遮蔽層と、
    を備えるパッケージ構造の光デバイス。
  2. 　前記光半導体素子と前記電磁界遮蔽層との間に絶縁体層を設けることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
  3. 　前記電磁界遮蔽層は導体層を備えることを特徴とする請求項１に記載の光デバイス。
  4. 　前記電磁界遮蔽層は前記導体層及び前記導体層の両側を挟む絶縁体層から構成されることを特徴とする請求項３に記載の光デバイス。
  5. 　前記電磁界遮蔽層は前記光半導体素子の下面に形成された金属薄膜であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の光デバイス。
  6. 　前記電子回路と前記光半導体素子との間にある、少なくとも１つ以上の層間が断熱性接着剤で固定されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の光デバイス。
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