(57)【要約】【課題】半導体デバイスに効率よく高周波給電を行うことが可能であり、放熱性に優れた放熱経路の構築を容易とする、実装工程が容易な半導体デバイスヘの給電装置を提供すること。【解決手段】キャリア９上にヒートシンク６を固定し、ヒートシンク６上に半導体光デバイス１を固定し、半導体光デバイス１の上方に高周波給電用配線２およびワイヤリング用の貫通窓１０を有し、高架橋構造をもつ配線基板５を、半導体光デバイス１に接触しないようにキャリア９上に仮置きし、半導体光デバイス１の表面電極７上部に貫通窓１０が位置するように位置合わせを行った後、配線基板５をキャリア９上に固定し、貫通窓１０を通して、表面電極７と高周波給電用配線２とを金属線３によって電気的に接続してなる半導体光デバイスヘの給電装置を構成する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスヘ高周波電気信号を給電する半導体デバイスヘの高周波給電装置であって、高周波給電用配線および貫通窓を有する配線基板と、前記高周波給電用配線と前記半導体デバイスの表面に設けられた表面電極との間を前記貫通窓を通して電気的に接続する金属線とを構成要素とすることを特徴とする半導体デバイスヘの高周波給電装置。
【請求項２】
上記半導体デバイスが上記高周波電気信号を給電され光信号を出力する半導体光デバイスであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスヘの給電装置。
【請求項３】
上記貫通窓が、一辺の長さが１００μｍ以上の正方形を含む広さの貫通面を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体デバイスヘの高周波給電装置。
【請求項４】
上記半導体デバイスが基板上に固定されたヒートシンク上に固定されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体デバイスヘの給電装置。
【請求項５】
上記配線基板が高架橋構造をもち、上記半導体デバイスと接触していないことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の半導体デバイスヘの高周波給電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイスヘの高周波給電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【非特許文献１】「論文“Ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ａｎｄ  ｌｏｗ−ｄｒｉｖｉｎｇ−ｖｏｌｔａｇｅ  ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ  ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍ  ｗｅｌｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ．”  Ｉ．  Ｋｏｔａｋａ，  ｅｔ  ａｌ．，  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ２７，  Ｉｓｓｕｅ  ２３，  ７  Ｎｏｖ．  １９９１，  ｐｐ．  ２１６２−２１６３」
【非特許文献２】「論文“Ａ  ｈｙｂｒｉｄ  ｈｉｇｈ−ｓｐｅｅｄ  ｓｉｌｉｃａ−ｂａｓｅｄ  ｐｌａｎａｒ  ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｐｌａｔｆｏｒｍ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ  ａ  ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ  ａｎｄ  ａ  ｄｒｉｖｅｒ  ＩＣ．”  Ｙ．Ａｋａｈｏｒｉ，  ｅｔ  ａｌ．，  １１ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄＯｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｒｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  （Ｃｏｎｆ．  Ｐｕｂｌ．  Ｎｏ．  ４４８），  Ｖｏｌｕｍｅ  ３，  ２２−２５  Ｓｅｐ．  １９９７，  ｐｐ．  ３５９−３６２」。
【０００３】
近年、光通信は、その大容量、超高速性により、多くの情報通信網で用いられている。このような光通信網では、発光素子や受光素子などの光半導体部品が広く利用されており、その研究開発が盛んである。光半導体部品の研究開発は、半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）のような個別部品の研究開発は勿論のこと、ＬＤに代表されるアクティブ光デバイスや多モード干渉計（ＭＭＩ）やアレイ導波路グレーティング（ＡＷＧ）に代表されるパッシブ光デバイスなどを半導体基板上にモノリシック集積することも精力的に行われている。
【０００４】
光通信の大容量化を実現するため、ファイバ内に波長の異なる多数の光信号を伝搬させる波長分割多重（ＷＤＭ）伝送方式が用いられている。この方式では、多数の光信号を１本のファイバで伝送することができるため、低コストで大容量化を実現できる。ここで、各チャンネルに対応する複数の信号光が必要となり、半導体光デバイスでは多チャンネル化が必須となる。さらに伝送速度が高速化すると、各チャンネルヘ個別の高周波電気信号を供給（給電）する必要があるため、上記のモノリシック集積された半導体光デバイスに電気的クロストークを低く抑えて効率よく高周波電気信号を給電することが重要な課題となる。
【０００５】
また、上記のような半導体光デバイスに高周波電気信号を給電する場合のみならず、高周波半導体変調器、高周波半導体増幅器等の半導体デバイスに高周波電気信号を入力として給電する場合においても、その高周波電気信号を効率よく給電することが重要な課題となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、半導体光デバイスに高周波電気信号を給電する場合には、例えば上記非特許文献１に記載されている光変調器においては、図３に示すように、半導体光デバイス１直近まで引かれた高周波給電用配線２と半導体光デバイス１とを、金属線３（通常は金線であり、ワイヤリング用金線と呼ばれる）を用いて電気的に接続（ワイヤリング）して、半導体光デバイス１に高周波電気信号を給電している。高周波給電用配線２は高周波電気信号の伝搬損失や反射損失が十分低くなるようにインピーダンス整合するように設計されている。一方、ワイヤリング部分は、高周波領域において、インピーダンス整合条件を満足できないので、損失を抑えるために長さができるだけ短くなるようにワイヤリングされている。しかしながら、多チャンネル化された半導体光デバイス１では、従来の単体デバイスとは異なり、様々な素子と光導波路などが１つのチップ上に配置されているため、素子サイズが数ｍｍに及ぶため、外部の高周波給電用配線２や終端抵抗（図３の４で例示）へ結ばれる金属線３の長さは素子サイズに大きく依存し、短くすることが困難になる。
【０００７】
上記の問題を解決するため、例えば上記非特許文献２に記載されている光導波路−半導体レーザ集積体においては、図４に示すように、高周波給電用配線２を配線基板５上に作製して、その上に半導体光デバイス１をその表面が配線基板５の表面と接触するようにフリップチップボンディングにより実装する方法が提案されている。なお、図４において、半導体光デバイス１は、フリップチップボンディング前の状態で、配線基板５から上方に離れた位置に描かれている。フリップチップボンディングにより実装する方法においては、半導体光デバイス１の表面電極７は高周波給電用配線２に直接電気的に接続するので、高周波の給電に関しては理想的であり、高周波給電用配線２や終端抵抗４への電気的接続のための金属線３は不要となる。このようなフリップチップボンディングはＬＳＩなどの半導体デバイス等の実装に広く利用されている。
【０００８】
しかしながら、上記方法には次のような問題がある。
【０００９】
第１の問題は熱的な問題である。ＬＤやＳＯＡなどの半導体光デバイス１では、電流注入により光利得を生じさせ、発振動作や光増幅動作を得ているため、動作電流は数十ｍＡから数百ｍＡとなる。この電流は抵抗成分をもった素子を流れることで熱を発生させる。半導体光デバイス１の素子特性は一般的に温度に依存するため、熱が蓄積して半導体光デバイス１の温度が上がらないように、ヒートシンク（図４においてはキャリア９上のヒートシンク６で示される）等により放熱されるように設計される。しかしながら、上記の様な構成においては、放熱すべきヒートシンク６と、発熱部分を有する半導体光デバイス１との間に配線基板５が配置されている。この配線基板５は高周波用配線２を形成するためにセラミックなどの誘電体材料で構成する必要があり、このような誘電体材料の熱伝導率は一般的に金属等に比べて非常に低い。従って、上記方法を用いると、半導体光デバイス１の発熱により素子特性が劣化する。この問題は、半導体光デバイスのみならず、一般の半導体デバイスにおいても、重要な問題となる。
【００１０】
第２の問題は素子の位置合わせの問題である。上記方法では、裏返しとなった半導体光デバイス１の表面電極７と配線基板５上の高周波給電用配線２とを位置精度良く合わせて接続させる必要がある。これには半導体光デバイス１または配線基板５を透過できるような光、例えば赤外光で両面を観察しながら位置合わせ工程を行ったり、赤外光が透過できるように裏面側の電極を裏面パターン電極８にしたりする必要が生じるため、作製および実装コストが増大する。またＩｎＰ等の半導体光デバイスの機械的強度は配線基板等に比べて大幅に劣るため、位置合わせ時の機械的な接触により、半導体光デバイスが容易に損傷を受ける。この問題も、半導体光デバイスのみならず、一般の半導体デバイスにおいても、重要な問題となる。
【００１１】
本発明は上記の諸問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体デバイスに効率よく高周波給電を行うことが可能であり、放熱性に優れた放熱経路の構築を容易とする、実装工程が容易な半導体デバイスヘの給電装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載したように、半導体デバイスヘ高周波電気信号を給電する半導体デバイスヘの高周波給電装置であって、高周波給電用配線および貫通窓を有する配線基板と、前記高周波給電用配線と前記半導体デバイスの表面に設けられた表面電極との間を前記貫通窓を通して電気的に接続する金属線とを構成要素とすることを特徴とする半導体デバイスヘの高周波給電装置を構成する。
【００１３】
また、本発明においては、請求項２に記載したように、
上記半導体デバイスが上記高周波電気信号を給電され光信号を出力する半導体光デバイスであることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスヘの給電装置を構成する。
【００１４】
また、本発明においては、請求項３に記載したように、
上記貫通窓が、一辺の長さが１００μｍ以上の正方形を含む広さの貫通面を有することを特徴とする請求項１または２記載の半導体デバイスヘの高周波給電装置を構成する。
【００１５】
また、本発明においては、請求項４に記載したように、
上記半導体デバイスが基板上に固定されたヒートシンク上に固定されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の半導体デバイスヘの給電装置を構成する。
【００１６】
また、本発明においては、請求項５に記載したように、
上記配線基板が高架橋構造をもち、上記半導体デバイスと接触していないことを特徴とする請求項１、２、３または４記載の半導体デバイスヘの高周波給電装置を構成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明が解決しようとする課題は、半導体光デバイスを含む半導体デバイスヘ高周波電気信号を給電する給電装置に共通する課題であり、本発明において、その課題を解決する手段も共通しているので、以下の発明の実施の形態の説明においては、半導体光デバイスヘの高周波給電装置を例として説明する。以下に説明する手段を一般の半導体デバイスヘの高周波給電装置に適用した場合にも、半導体光デバイスヘの高周波給電装置の場合と同様の効果がもたらされることはいうまでもない。
【００１８】
以下に、半導体光デバイスヘの高周波給電装置を例として、本発明の実施の形態について詳しく述べる。
【００１９】
図１は本発明に係る半導体光デバイスヘの高周波給電装置の基本的な構成とその周辺構成との組み合わせを示している。図において、基板であるキャリア９上にヒートシンク６が固定され、ヒートシンク６上に半導体光デバイス１が固定され、半導体光デバイス１の上方に高周波給電用配線２を持った配線基板５が配置されている。配線基板５は、半導体光デバイス１の上方において半導体光デバイス１に接触しないように、断面形状がコの字形をなす高架橋構造をもっている。また、半導体光デバイス１の表面電極７上方に位置する、配線基板５の部位にはワイヤリング用の貫通窓１０が設けられている。このワイヤリング用の貫通窓１０の大きさは、ワイヤリング用のキャピラリが通過でき、且つ視認が容易となるように、一辺の長さが１００μｍ以上の正方形を含む広さの貫通面を有するような大きさであることが適当である。半導体光デバイス１の表面に設けられた表面電極７と配線基板５上の高周波給電用配線２とは、この貫通窓１０を通して、ワイヤリング用の金属線３（多くの場合に金線）で電気的に接続（ワイヤリング）される。
【００２０】
本発明の利点について以下に述べる。
【００２１】
第１の利点はワイヤリングの長さ（ワイヤリング用の金属線３の長さ）を大幅に低減できることである。本発明では、ワイヤリングの長さは素子サイズ（半導体光デバイス１の大きさ）とは全く無関係に、半導体光デバイス１上面から配線基板５の上面までの高さのみで決まる。位置合わせ時の半導体光デバイス１と配線基板５との物理的接触を避けるために、配線基板５底面と半導体光デバイス１上面との間を５００μｍ程度とった場合でも、配線基板５の厚さは一般的に数百μｍのため、ワイヤリングの長さは１ｍｍ程度となって、上記従来例の数ｍｍに比べて大幅に低減できる。これによって、高周波給電の効率が向上する。
【００２２】
第２の利点は放熱性に優れた放熱経路の構築が容易となることである。図１に示すように、本発明に係る半導体光デバイスヘの高周波給電装置を用いることによって、半導体光デバイス１は、間に何も介することなく、ヒートシンク６上に実装することができるようになるため、それによって、容易に優れた放熱経路が構築され、優れた放熱効果が得られ、その結果として、温度上昇による素子特性の劣化の心配がなくなる。
【００２３】
第３の利点は位置合わせ工程が簡易化できることである。図１に例示した本発明に係る半導体光デバイスヘの高周波給電装置を構成する場合にも、図４に示した従来例のように、半導体光デバイス１と配線基板５との位置合わせが必要であることは変わりないが、本発明においては、配線基板５上に貫通したワイヤリング用の貫通窓１０があるため、図１中の白矢印で示したように、配線基板５上方から、可視光で、貫通窓１０を通して半導体光デバイス１の表面を観察しながら、半導体光デバイス１と配線基板５との位置合わせを容易に行うことができる。また、配線基板５の高さ方向位置は配線基板５の高架橋構造により一意に決まるため、半導体光デバイス１と配線基板５との非接触が保証された上での水平面内移動での位置合わせが行える。以上により、単純な実装装置で、物理的接触による素子損傷を予防した上で、容易に位置合わせを行うことができる。
【００２４】
以下に、本発明に係る半導体光デバイスヘの高周波給電装置の実例の作製方法について、周辺構成の作製方法も含めて、図２を用いて述べる。
【００２５】
まず、基板であるキャリア９上にヒートシンク６をＡｕＳｎにより固定する。そのヒートシンク６上面に、４ｃｈ（４チャンネル）の半導体レーザ１１と光結合器１２とを持った半導体光デバイス１を、表面電極７に該当する電極パッド１３が設けられた表面を上にして、ＡｕＳｎにより固定して図２の（ａ）に示した状態とする。半導体光デバイス１の表面には、各半導体レーザ１１に対応する表面電極７に該当する直径１５０μｍの電極パッド１３が設けられている。
【００２６】
次に、高架橋構造をもった配線基板５をキャリア９上に仮置きして図２の（ｂ）に示した状態とする。この配線基板５は、その表面に高周波給電用配線２として４ｃｈの配線を持ち、半導体光デバイス１の電極パッド１３上方部位近傍にワイヤリング用の貫通窓１０として２００μｍ×２００μｍの貫通孔を持ち、貫通窓１０縁部に近接してワイヤリング用電極パッド１４として１００μｍ×１００μｍの電極構造を持つ。また、高架橋構造の高さは半導体光デバイス１の上面と配線基板５の底面との間が５００μｍとなるように設計する。
【００２７】
次に、図２の（ｃ）に示したように、上部からＣＣＤカメラ１５で観察しながら、マニュピレータ（図示せず）を用いて配線基板５を水平方向のみに移動させて、ワイヤリング用の貫通窓１０と半導体光デバイス１の電極パッド１３の位置が重なるように、位置合わせ誤差±１０μｍで、位置調整を行う。
【００２８】
次に、配線基板５とキャリア９をＡｕＳｎにより固定し、配線基板５上方から、ワイヤリング用の貫通窓１０を通して、金線の一端を半導体光デバイス１の電極パッド１３に電気的に接続（ボンディング）し、他の個所を配線基板５上のワイヤリング用電極パッド１４にボンディングすることによって金属線３を形成し、表面電極７に該当する電極パッド１３と高周波給電用配線２との間を金属線３によって導通させて図２の（ｄ）に示した状態とする。
【００２９】
以上の工程を経て、本発明に係る半導体光デバイスヘの高周波給電装置およびその周辺構成が完成する。
【００３０】
ここでは、４ｃｈの半導体レーザを持った半導体光デバイス１を例として説明したが、半導体光増幅器、電界吸収型光変調器など他の素子を用いても勿論良いし、それらが集積されたものを用いても良い。さらには、半導体光デバイス１に代えて、高周波電気信号を入力とし電気信号を出力とする半導体デバイス、例えば高周波半導体変調器、高周波半導体増幅器等を用いても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の実施により、半導体デバイスに効率よく高周波給電を行うことが可能であり、放熱性に優れた放熱経路の構築を容易とする、実装工程が容易な半導体デバイスヘの給電装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体光デバイスヘの給電装置を説明する図である。
【図２】本発明に係る半導体光デバイスヘの給電装置の作製工程を説明する図である。
【図３】従来の半導体光デバイスヘの給電装置の一例を説明する図である。
【図４】
従来の半導体光デバイスヘの給電装置の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
１…半導体光デバイス、２…高周波給電用配線、３…金属線、４…終端抵抗、５…配線基板、６…ヒートシンク、７…表面電極、８…裏面パターン電極、９…キャリア、１０…貫通窓、１１…半導体レーザ、１２…光結合器、１３…電極パッド、１４…ワイヤリング用電極パッド、１５…ＣＣＤカメラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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