(57)【要約】      （修正有）【課題】光半導体素子を収容したパッケージと光コネクタとを、低コスト、且つ、信頼性の高い構造で接続し、さらに小型化が可能な光半導体装置を提供する。【解決手段】光半導体装置１は、光半導体チップ１７を収容したパッケージ１０とパッケージ１０に接続されたレセプタクル２０と、パッケージ１０と、レセプタクル２０と、の間に挿入された接続部材３０であって、少なくともクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）および鉄（Ｆｅ）を含む絶縁性の接続部材３０と、を備える。【選択図】図１
2015001554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体チップを収容したパッケージと、
前記パッケージに接続された光コネクタと、
前記パッケージと、前記光コネクタと、の間に挿入された接続部材であって、少なくともクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）および鉄（Ｆｅ）を含む絶縁性の接続部材と、
を備えた光半導体装置。
【請求項２】
前記接続部材は、前記パッケージに接続された第１の面と、前記光コネクタに接続された第２の面と、を有し、
前記第１の面は、樹脂層を介して前記パッケージに接続され、
前記第２の面は、前記光コネクタに溶着される請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記光コネクタは、光ファイバが挿入される側の端と、前記パッケージに接続される側の端と、を有する請求項１または２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記接続部材は、絶縁性の酸化皮膜を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記接続部材は、中央に開口を有するリング状の形状を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、光半導体装置に関し、例えば、レセプタクル型光コネクタを備えた光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光半導体装置の多くは、光ファイバとの結合を容易にするために光コネクタを備える。例えば、光トランシーバに使用されるＴｘ（TOSA）、Ｒｘ（ROSA)等の光半導体装置は、発光素子または受光素子を収容したパッケージと、パッケージに接続されたレセプタクルと、を備える。そして、パッケージとレセプタクルとの間は、電気的にアイソレーションされる。
【０００３】
例えば、パッケージとレセプタクルとの間の接続に、セラミックを含む端子を使用できれば、両者のアイソレーションは容易である。しかしながら、光半導体装置に要求される低コスト化を実現するためには、そのような接続構造を用いることは難しい。
【０００４】
例えば、図５（ａ）〜図５（ｃ）は、従来の光半導体装置３〜５を表す模式図である。これらの光半導体装置では、ガラス端子型ＣＡＮパッケージ１０にレセプタクル型光コネクタ（以下、レセプタクル２０）が接続されている。
【０００５】
図５（ａ）に表す光半導体装置３では、樹脂ホルダ４７を介してＣＡＮパッケージ１０とレセプタクル２０とが接続されている。樹脂ホルダ４７は、例えば、紫外線を透過する樹脂（ＰＰＳＵ等）を含み、ＣＡＮパッケージ１０と、レセプタクル２０と、の間を絶縁する。
【０００６】
樹脂ホルダ４７は、予めレセプタクル２０に取り付けられ、組立時にＣＡＮパッケージ１０に被せられる。そして、樹脂ホルダ４７と、ＣＡＮパッケージ１０と、の間の隙間に、例えば、ＵＶ硬化型接着材を充填する。そして、樹脂ホルダ４７の外側から紫外線を照射し、接着材を硬化させる。これにより、ＣＡＮパッケージ１０にレセプタクル２０を接続することができる。この方式によれば、ＣＡＮパッケージ１０とレセプタクル２０との間の電気的なアイソレーションを確保し、その製造コストを下げることができる。
【０００７】
しかしながら、ＵＶ接着材は、耐湿性が低く、ガラス転移点Ｔｇも低い。このため、接続構造の長期信頼性に問題がある。また、樹脂ホルダ４７の内面と、ＣＡＮパッケージ１０と、の間に、レセプタクル２０の光軸と光半導体素子の光軸とのアライメントを可能とするスペースを確保する必要があり、装置の小型化が難しい。さらに、接着材を充填する隙間にボイドができ易い等の問題もある。
【０００８】
図５（ｂ）に表す光半導体装置４では、ＣＡＮパッケージ１０とレセプタクル２０と、の間に接合部材（以下、スリーブ５０）を挿入し、両者をＹＡＧ溶接により接続する。スリーブ５０は、金属部５１と、セラミック部５３と、金属部５５と、を含む複合材である。金属部５１および５５は、セラミック部５３の上下に配置される。そして、金属部５１は、ＣＡＮパッケージにＹＡＧ溶接され、金属部５５は、レセプタクル２０にＹＡＧ溶接される。そして、ＣＡＮパッケージ１０とレセプタクル２０との間の電気的なアイソレーションは、セラミック部５３により確保される。
【０００９】
スリーブ５０は、例えば、セラミック部５３に金属部５１および金属部５５を嵌合させることにより形成される。セラミックと金属の勘合は、高い加工精度が必要である。このため、スリーブ５０は高価であり、装置の低コスト化を妨げる要因となる。また、セラミック部５３の割れや、金属部５１および５５の嵌合部からの抜けが発生することもある。すなわち、スリーブ５０の強度に起因した製造歩留りの低下が生じることがある。また、装置の信頼性を低下させる恐れもある。
【００１０】
図５（ｃ）に表す光半導体装置５では、レセプタクル２０のＣＡＮパッケージ１０に接続する端に金属部５９が設けられる。金属部５９は、レセプタクル２０の本体から隔離された位置に設けられる。すなわち、金属部５９は、レセプタクル２０の内部に挿入され、その本体から延出したスタブ５７の端に圧入される。スタブ５７には、例えば、ジルコニアを用いる。すなわち、金属部５９と、レセプタクル２０の本体と、の間は、スタブ５７により電気的にアイソレーションされる。
【００１１】
さらに、ＣＡＮパッケージ１０と、レセプタクル２０と、の間にスリーブ４０を挿入し、両者を接続する。スリーブ４０は、金属部３５と、金属部３７と、を含む。金属部３５は、ＣＡＮパッケージ１０にＹＡＧ溶接され、金属部３７は、レセプタクル２０の端に設けられた金属部５９にＹＡＧ溶接される。これにより、ＣＡＮパッケージ１０と、レセプタクル２０と、を接続することができる。
【００１２】
この接続構造では、スタブ５７の延出部が付加されるため、レセプタクル２０の全長が長くなる。また、金属部５９の圧入によりジルコニア表面に金属の皮膜が付着し、絶縁抵抗を下げてしまうことがある。さらに、レセプタクル２０の全長に制限を加えると、金属部５９と、スタブ５７のオーバーラップ幅が小さくなり、接続強度が低下することもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】２０１０−２０４６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
実施形態は、光半導体素子を収容したパッケージと光コネクタとを、低コスト、且つ、信頼性の高い構造で接続し、さらに小型化が可能な光半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
実施形態に係る光半導体装置は、光半導体チップを収容したパッケージと、前記パッケージに接続された光コネクタと、前記パッケージと、前記光コネクタと、の間に挿入された接続部材であって、少なくともクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）および鉄（Ｆｅ）を含む絶縁性の接続部材と、を備える。
【発明の効果】
【００１６】
実施形態によれば、光半導体素子を収容したパッケージと光コネクタとを、低コスト、且つ、信頼性の高い構造で接続し、さらに小型化が可能な光半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態に係る光半導体装置を表す模式図。
【図２】実施形態に係る別の光半導体装置を表す斜視図。
【図３】実施形態に係る光半導体装置の製造過程を表す模式図。
【図４】図３に続く製造過程を表す模式図。
【図５】従来例に係る光半導体装置を表す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【００１９】
図１は、実施形態に係る光半導体装置１を表す模式図である。図２は、実施形態に係る別の光半導体装置２を表す斜視図である。  
光半導体装置１および２は、光半導体チップ１５を収容したパッケージ１０と、パッケージ１０に接続された光コネクタ（以下、レセプタクル２０）と、を備える。レセプタクル２０は、接続部材３０を介してパッケージ１０に接続される。接続部材３０は、パッケージ１０と、レセプタクル２０と、の間に挿入され、少なくともクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）および鉄（Ｆｅ）を含む。また、接続部材３０は、絶縁性を有し、パッケージ１０と、レセプタクル２０と、の間を電気的に絶縁する。
【００２０】
以下、図１を参照して、光半導体装置１を詳細に説明する。この例では、光半導体装置１は、ＣＡＮ型パッケージ１０と、レセプタクル２０と、を備えるが、本実施形態は、これに限定される訳ではない。例えば、ＣＡＮ型以外の金属パッケージ、または、レセプタクル型以外の光コネクタを備えた光半導体装置にも適用することができる。また、以下の説明では、光半導体チップ１５を、受光素子として説明するが、光半導体チップ１５は、発光素子、例えば、半導体レーザであっても良い。
【００２１】
図１に表すように、パッケージ１０は、複数のリード２１を有するステム１３と、キャップ１４と、を含む。ステム１３の上には、サブマウント１７と、サブマウント１７の上にダイボンディングされた光半導体チップ１５が設けられる。サブマウント１７は、ステム１３と一体に設けられても良い。光半導体チップ１５は、金属ワイヤ１９を介してリード２１ｂに電気的に接続される。
【００２２】
サブマウント１７は、導電性もしくは図示しない金属配線を有し、リード２１ａに電気的に接続される。また、サブマウント１７は、光半導体チップ１５の裏面に電気的に接続される。すなわち、光半導体チップ１５は、リード２１ａおよび２１ｂを介して光信号を出力する。
【００２３】
光半導体チップ１５は、例えば、キャップ１４によりハーメチック封止される。また、キャップ１４は、光ファイバ４１から放射される信号光を光半導体チップ１５に集光するレンズ２３を含む。レンズ２３は、レセプタクル２０の側に設けても良い。
【００２４】
パッケージ１０には、レセプタクル２０が接続される。レセプタクル２０は、本体３１と、その周りに設けられたフランジ３３と、を有する。本体３１は、光ファイバ４１が挿入される側の端２０ａと、パッケージ１０に接続される側の端２０ｂと、を有する。
【００２５】
この例では、パッケージ１０と、レセプタクル２０と、の間に、スリーブ４０と、接続部材３０と、が挿入される。スリーブ４０は、接続部材３０に接続された金属部３５と、レセプタクル２０の端２０ｂに接続された金属部３７と、を含む。
【００２６】
接続部材３０は、絶縁性を有し、スリーブ４０と、パッケージ１０と、の間に挿入される。接続部材３０は、例えば、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含むステンレス材（例えば、東芝マテリアル社製：ＫＣＦ）であり、絶縁性を有する。具体的には、絶縁性の酸化皮膜を有する。このため、パッケージ１０と、レセプタクル２０と、の間を、電気的にアイソレーションすることができる。この酸化皮膜は、例えば、Ａｌ２Ｏ３を主成分とする絶縁性の皮膜（例えば、中野ハガネ社製：Nasseel IS）である。
【００２７】
図２に表すように、レセプタクル２０は、例えば、円柱状の本体３１と、円形のフランジ３３と、を有する。そして、光ファイバ４１を挿入する側の端２０ａからパッケージ１０に連通する開口４３を有する。したがって、スリーブ４０および接続部材３０は、それぞれ中央に開口を有するリング状に設けられる。
【００２８】
また、光半導体装置２では、パッケージ１０は、リード２１ａおよび２１ｂに代えて、フレキシブル基板２７を備えても良い。フレキシブル基板２７は、パッケージ１０に収容された光半導体チップ１５に電気的に接続された金属配線を含む。
【００２９】
次に、図３および図４を参照して、光半導体装置１の製造方法を説明する。図３（ａ）〜図４（ｂ）は、実施形態に係る光半導体装置の製造過程を表す模式図である。
【００３０】
図３（ａ）に表すように、光半導体チップ１５を収容したパッケージ１０を準備する。光半導体チップ１５は、サブマウント１７を介してステム１３の上に実装される。そして、光半導体チップ１５は、キャップ１４によりハーメチック封止される。例えば、キャップ１４の内部には窒素が充填される。また、キャップ１４は、その上面１４ａに受光窓を有する。
【００３１】
次に、図３（ｂ）に表すように、キャップ１４の上面１４ａの上に半硬化状態の樹脂層３８を形成する。樹脂層３８は、例えば、熱硬化性のエポキシ樹脂を含む。続いて、接続部材３０を樹脂層３８の上に圧着させ、樹脂層３８を加熱して硬化させる。接続部材３０は、パッケージ１０に接続される第１の面３０ａと、レセプタクル２０に接続される第２の面３０ｂと、を有し、第１の面３０ａは、樹脂層３８を介してパッケージ１０に接続される。
【００３２】
次に、図４（ａ）に表すように、パッケージ１０に対して、レセプタクル２０の位置合わせを行う。すなわち、レセプタクル２０に挿入される光ファイバの光軸と、光半導体チップの光軸を一致させる。レセプタクル２０には、予め、スリーブ４０が取り付けられている。スリーブ４０は、例えば、ＹＧＡ溶接を用いてレセプタクル２０の端２０ｂに固定される。
【００３３】
例えば、レセプタクル２０に挿入した光ファイバ４１を介して、パッケージ１０に収容された光半導体チップ１５にレーザ光を照射しながら、図４（ａ）中に示すＸ軸およびＹ軸方向にレセプタクル２０の位置を調整する。そして、光半導体チップ１５から出力される光電流が最大となる位置に、レセプタクル２０を仮固定する。
【００３４】
続いて、図４（ｂ）に表すように、スリーブ４０の接続部材３０に接した外周部分にＹＧＡレーザの光を照射し、レセプタクル２０を接続部材３０にＹＡＧ溶接する。すなわち、接続部材３０の第２の面３０ｂは、レセプタクル２０の端（すなわち、スリーブ４０）に溶着される。これにより、光ファイバ４１の光軸と、光半導体チップ１５の光軸を一致させた状態で、レセプタクル２０をパッケージ１０に固定することができる。
【００３５】
接続部材３０は、例えば、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含むステンレス材（ＫＣＦ）からなる金属部材であり、その外面に絶縁性の酸化皮膜を有する。この酸化皮膜は、例えば、アルミナを主成分とする皮膜（Nasseel IS）であり、化学処理や塗布等により金属部材に形成される被膜に比べて、耐久性に優れ、強度も高い（すなわち、剥がれ難い）。また、ＹＡＧ溶接を阻害することも無い。また、樹脂との密着性も高く、パッケージ１０と接続部材３０の間の接続も強固である。さらに、樹脂層３８に用いる材料の選択範囲も広い。
【００３６】
上記の通り、本実施形態では、単純な構成の接続部材３０を用いて、電気的なアイソレーションを確保しながら、パッケージ１０とレセプタクル２０とを接続することができる。これにより、パッケージ１０とレセプタクル２０とを、低コスト、且つ、信頼性の高い構造で接続し、小型化が可能な光半導体装置を実現することができる。
【００３７】
なお、上記の例では、レセプタクル２０と、接続部材３０と、の間にスリーブ４０を介在させた接続構造としたが、これに限定される訳ではない。例えば、レセプタクル２０を接続部材３０に直接溶接しても良い。
【００３８】
以上、本発明に係る一実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、出願時の技術水準に基づいて、当業者がなし得る設計変更や、材料の変更等、本発明と技術的思想を同じとする実施態様も本発明の技術的範囲に含有される。
【符号の説明】
【００３９】
１〜５・・・光半導体装置、  １０・・・パッケージ、  １３・・・ステム、  １４・・・キャップ、  １５・・・光半導体チップ、  １７・・・サブマウント、  １９・・・金属ワイヤ、  ２０・・・レセプタクル、  ２０ａ、２０ｂ・・・端、  ２１、２１ａ、２１ｂ・・・リード、  ２３・・・レンズ、  ２７・・・フレキシブル基板、  ３０・・・接続部材、  ３０ａ・・・第１の面、  ３０ｂ・・・第２の面、  ３１・・・レセプタクル本体、  ３３・・・フランジ、  ３５、３７、５１、５５、５９・・・金属部、  ３８・・・樹脂層、  ４０、５０・・・スリーブ、  ４１・・・光ファイバ、  ４３・・・開口、  ４７・・・樹脂ホルダ、  ５３・・・セラミック部、  ５７・・・スタブ
【図１】
2015001554.tif 000003
【図２】
2015001554.tif 000004
【図３】
2015001554.tif 000005
【図４】
2015001554.tif 000006
【図５】
2015001554.tif 000007