(57)【要約】【課題】本発明の課題は、気密封止とレンズ形成を一度に可能にし、安価な光半導体サブモジュールの提供を可能とすることである。【解決手段】本発明は、光出力、あるいは光入力のために基板貫通孔を有する基板面に光半導体素子を実装する。その後、カバー構造体を上部から被せ、透明媒質をカバー構造体内部に満たす。そして、環境気圧を調整し、カバー構造体内部の空隙の気圧と環境気圧との気圧差によってレンズを形成する。あるいは、光半導体素子を実装した基板面に、貫通孔を有するカバー構造体を上部から被せ、透明媒質をカバー構造体内部に満たした後に、環境気圧を調整しカバー構造体内部の空隙の気圧と環境気圧との気圧差によってレンズを形成する。これによって、気密封止とレンズ形成を一度に可能にし、安価な光半導体サブモジュールを提供できる。【選択図】図１
2007329430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの貫通孔を有する基板と、
光半導体素子の出力光あるいは入力光が、前記貫通孔を貫通するように前記基板上に配置された、少なくとも一つの前記光半導体素子と、
前記光半導体素子を覆うように前記基板上に配置された升形状のカバー構造体と、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、前記カバー構造体と前記基板とによって形成される空間から前記貫通孔を介して前記空間の外へと延在された凸部を有する第１の媒質とを備え、
前記凸部は、凸形状のレンズであることを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項２】
少なくとも一つの貫通孔を有する基板と、
光半導体素子の出力光あるいは入力光が、前記貫通孔を貫通するように前記基板上に配置された、少なくとも一つの前記光半導体素子と、
前記光半導体素子を覆うように前記基板上に配置された升形状のカバー構造体と、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、前記貫通孔を介して外気と接する領域に凹部を有する第１の媒質と、
前記凹部に形成された、前記第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質とを備え、
前記第２の媒質は凸形状のレンズであることを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項３】
基板と、
少なくとも１つの光半導体素子と、
少なくとも１つの貫通孔を有し、前記光半導体素子を覆い、前記光半導体素子の出力光あるいは入力光が前記貫通孔を貫通するように前記基板上に配置された升形状のカバー構造体と、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、前記カバー構造体と前記基板とによって形成される空間から前記貫通孔を介して前記空間の外へと延在された凸部を有する第１の媒質とを備え、
前記凸部は、凸形状のレンズであることを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項４】
基板と、
少なくとも１つの光半導体素子と、
少なくとも１つの貫通孔を有し、前記光半導体素子を覆い、前記光半導体素子の出力光あるいは入力光が前記貫通孔を貫通するように前記基板上に配置された升形状のカバー構造体と、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、前記貫通孔を介して外気と接する領域に凹部を有する第１の媒質と、
前記凹部に形成された、前記第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質とを備え、
前記第２の媒質は凸形状のレンズであることを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４において、
前記カバー構造体の内側に、マイクロフィン、あるいはマイクロピン、あるいはそれぞれの組み合わせの構造を含み、前記第１の媒質の注入時において毛細管現象を用いることが可能であることを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４において、
前記基板の表面が基板材質と同質あるいは微細金属配線による微細な凸構造あるいは凹構造を含むことによって、前記第１の媒質を流し込む際に、毛細管現象によって前記光半導体素子と前記基板との間における前記第１の媒質の均等な流れ込みを容易にしたことを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５において、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する透明基板であって、前記凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下である透明基板を、前記第１の媒質からなる前記レンズ面が含むことを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項８】
請求項２、および請求項４において、
前記第２の媒質の表面は前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する構造を備え、前記凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下であることを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７において、
前記光半導体素子が面発光レーザ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数の面発光レーザが集積化された面発光レーザアレイ、あるいはフォトディテクタ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数のフォトディテクタアレイが集積化されたフォトディテクタアレイ、あるいはそれぞれの組み合わせを含む光半導体素子であることを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項８において、
前記光半導体素子がＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ、ファブリーペローレーザ、あるいは半導体光増幅器、半導体波長変換器、半導体変調器、あるいはそれぞれの集積化を含むことを特徴とする光半導体サブモジュール。
【請求項１１】
光半導体サブモジュール製造方法であって、
少なくとも一つの貫通孔を有する基板上に、少なくとも１つの光半導体素子を配置するステップであって、前記光半導体素子の出力光あるいは入力光が、前記貫通孔を貫通するように前記光半導体素子を配置するステップと、
前記光半導体素子を覆うように升形状のカバー構造体を前記基板上に配置するステップと、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように前記カバー構造体内部に注入するステップと、
前記空隙の気圧よりも環境圧力を低くして、前記貫通孔において前記第１の媒質により凸部を形成するステップと、
前記凸部を硬化して凸形状のレンズを形成するステップとを有し、
前記光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１２】
光半導体サブモジュール製造方法であって、
少なくとも一つの貫通孔を有する基板上に、少なくとも１つの光半導体素子を配置するステップであって、前記光半導体素子の出力光あるいは入力光が、前記貫通孔を貫通するように前記光半導体素子を配置するステップと、
前記光半導体素子を覆うように升形状のカバー構造体を前記基板上に配置するステップと、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように前記カバー構造体内部に注入するステップと、
前記空隙の気圧よりも環境圧力を高くして、前記貫通孔において前記第１の媒質により凹部を形成するステップと、
前記凹部を硬化して凹形状のレンズを形成するステップと、
前記第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質を前記凹形状のレンズの表面に密着固定させることによって凸形状のレンズを形成するステップとを有し、
前記光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１３】
光半導体サブモジュール製造方法であって、
基板上に少なくとも一つの光半導体素子を配置するステップと、
少なくとも１つの貫通孔を有し、升形状のカバー構造体を、前記光半導体素子を覆い、前記光半導体素子の出力光あるいは入力光が前記貫通孔を貫通するように前記基板上に配置するステップと、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように前記カバー構造体内部に注入するステップと、
前記空隙の気圧よりも環境圧力を低くして、前記貫通孔において前記第１の媒質により凸部を形成するステップと、
前記凸部を硬化して凸形状のレンズを形成するステップとを有し、
前記光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１４】
光半導体サブモジュール製造方法であって、
基板上に少なくとも一つの光半導体素子を配置するステップと、
少なくとも１つの貫通孔を有し、升形状のカバー構造体を、前記光半導体素子を覆い、前記光半導体素子の出力光あるいは入力光が前記貫通孔を貫通するように前記基板上に配置するステップと、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、前記カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ前記貫通孔を封止するように前記カバー構造体内部に注入するステップと、
前記空隙の気圧よりも環境圧力を高くして、前記貫通孔において前記第１の媒質により凹部を形成するステップと、
前記凹部を硬化して凹形状のレンズを形成するステップと、
前記第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質を前記凹形状のレンズの表面に密着固定させることによって凸形状のレンズを形成するステップとを有し、
前記光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１５】
請求項１１乃至請求項１４において、
前記カバー構造体の内側に、マイクロフィン、あるいはマイクロピン、あるいはそれぞれの組み合わせの構造を含み、前記第１の媒質の注入時において毛細管現象を用いることが可能であることを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１６】
請求項１１乃至請求項１４において、
前記基板の表面が基板材質と同質あるいは微細金属配線による微細な凸構造あるいは凹構造を含むことによって、前記第１の媒質を流し込む際に、毛細管現象によって最初に前記微細な凸構造あるいは凹構造に前記第１の媒質が流れ込み、次に均等に前記基板の表面に前記第１の媒質が流れ込み、前記光半導体素子と前記基板との間における前記第１の媒質の均等な流れ込みを容易にしたことを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１７】
請求項１１乃至請求項１５において、
前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する透明基板であって、前記凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下である透明基板を、前記第１の媒質からなる前記レンズ面が含むことを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１８】
請求項１２、および請求項１４において、
前記第２の媒質の表面は前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する構造を備え、前記凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と前記光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下であることを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項１９】
請求項１１乃至請求項１７において、
前記光半導体素子が面発光レーザ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数の面発光レーザが集積化された面発光レーザアレイ、あるいはフォトディテクタ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数のフォトディテクタアレイが集積化されたフォトディテクタアレイ、あるいはそれぞれの組み合わせを含む光半導体素子であることを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【請求項２０】
請求項１１乃至請求項１８において、
前記光半導体素子がＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ、ファブリーペローレーザ、あるいは半導体光増幅器、半導体波長変換器、半導体変調器、あるいはそれぞれの集積化を含むことを特徴とする光半導体サブモジュール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、封止とレンズの両方の機能を一度に形成可能にした光半導体サブモジュールと光半導体サブモジュール製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光レーザあるいはフォトディテクタに代表される表面発光素子、あるいは表面受光素子などの光半導体素子を外部から侵入する水蒸気からの保護を目的として、半導体光集積回路や光半導体素子を金属箱の内部に実装する際に、光出力あるいは光入力のための透明窓を設け、そこにマイクロレンズを配置させるのが一般的である。
【０００３】
一方、マイクロレンズの配置手法として光半導体素子表面に直接形成する場合がある（特許文献１参照）。
【０００４】
また、光半導体素子を透明樹脂によって封止した後に、透明樹脂表面にマイクロレンズを装着する場合もある（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３７１９４４１号公報
【特許文献２】特許第３６１９１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の金属モジュールによるこの構造は、封止の最適化を目的としている。そのため、他の電子部品とのサイズ的な整合性が乏しく、ボード上への高密度実装の困難さを与えていた。また、上記の光半導体素子表面にマイクロレンズを直接形成する手法では、後に封止のための構造が別に必要となる。さらに、透明樹脂による封止の後にマイクロレンズを形成する手法では透明樹脂表面の平坦さが要求され、その制御が困難であり、コストがかかっていた。
【０００７】
そこで、本発明は、気密封止とレンズ形成を一度に可能にし、安価な光半導体サブモジュールの提供を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、少なくとも一つの貫通孔を有する基板と、光半導体素子の出力光あるいは入力光が、貫通孔を貫通するように基板上に配置された、少なくとも一つの光半導体素子と、光半導体素子を覆うように基板上に配置された升形状のカバー構造体と、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、カバー構造体と基板とによって形成される空間から貫通孔を介して空間の外へと延在された凸部を有する第１の媒質とを備え、
凸部は、凸形状のレンズであることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、少なくとも一つの貫通孔を有する基板と、光半導体素子の出力光あるいは入力光が、貫通孔を貫通するように基板上に配置された、少なくとも一つの光半導体素子と、光半導体素子を覆うように基板上に配置された升形状のカバー構造体と、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、貫通孔を介して外気と接する領域に凹部を有する第１の媒質と、凹部に形成された、第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質とを備え、第２の媒質は凸形状のレンズであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、少なくとも１つの光半導体素子と、少なくとも１つの貫通孔を有し、光半導体素子を覆い、光半導体素子の出力光あるいは入力光が貫通孔を貫通するように基板上に配置された升形状のカバー構造体と、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、カバー構造体と基板とによって形成される空間から貫通孔を介して空間の外へと延在された凸部を有する第１の媒質とを備え、凸部は、凸形状のレンズであることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、基板と、少なくとも１つの光半導体素子と、少なくとも１つの貫通孔を有し、光半導体素子を覆い、光半導体素子の出力光あるいは入力光が貫通孔を貫通するように基板上に配置された升形状のカバー構造体と、  光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有し、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するように注入されている第１の媒質であって、貫通孔を介して外気と接する領域に凹部を有する第１の媒質と、凹部に形成された、第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質とを備え、第２の媒質は凸形状のレンズであることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、カバー構造体の内側に、マイクロフィン、あるいはマイクロピン、あるいはそれぞれの組み合わせの構造を含み、第１の媒質の注入時において毛細管現象を用いることが可能であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、基板の表面が基板材質と同質あるいは微細金属配線による微細な凸構造あるいは凹構造を含むことによって、第１の媒質を流し込む際に、毛細管現象によって光半導体素子と基板との間における第１の媒質の均等な流れ込みを容易にしたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する透明基板であって、凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下である透明基板を、第１の媒質からなるレンズ面が含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、第２の媒質の表面は光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する構造を備え、凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、光半導体素子が面発光レーザ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数の面発光レーザが集積化された面発光レーザアレイ、あるいはフォトディテクタ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数のフォトディテクタアレイが集積化されたフォトディテクタアレイ、あるいはそれぞれの組み合わせを含む光半導体素子であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュールは、光半導体素子がＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ、ファブリーペローレーザ、あるいは半導体光増幅器、半導体波長変換器、半導体変調器、あるいはそれぞれの集積化を含むことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、少なくとも一つの貫通孔を有する基板上に、少なくとも１つの光半導体素子を配置するステップであって、光半導体素子の出力光あるいは入力光が、貫通孔を貫通するように光半導体素子を配置するステップと、光半導体素子を覆うように升形状のカバー構造体を基板上に配置するステップと、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するようにカバー構造体内部に注入するステップと、空隙の気圧よりも環境圧力を低くして、貫通孔において第１の媒質により凸部を形成するステップと、凸部を硬化して凸形状のレンズを形成するステップとを有し、光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、少なくとも一つの貫通孔を有する基板上に、少なくとも１つの光半導体素子を配置するステップであって、光半導体素子の出力光あるいは入力光が、貫通孔を貫通するように光半導体素子を配置するステップと、光半導体素子を覆うように升形状のカバー構造体を基板上に配置するステップと、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するようにカバー構造体内部に注入するステップと、空隙の気圧よりも環境圧力を高くして、貫通孔において第１の媒質により凹部を形成するステップと、凹部を硬化して凹形状のレンズを形成するステップと、第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質を凹形状のレンズの表面に密着固定させることによって凸形状のレンズを形成するステップとを有し、光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、基板上に少なくとも一つの光半導体素子を配置するステップと、少なくとも１つの貫通孔を有し、升形状のカバー構造体を、光半導体素子を覆い、光半導体素子の出力光あるいは入力光が貫通孔を貫通するように基板上に配置するステップと、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するようにカバー構造体内部に注入するステップと、空隙の気圧よりも環境圧力を低くして、貫通孔において第１の媒質により凸部を形成するステップと、凸部を硬化して凸形状のレンズを形成するステップとを有し、光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、基板上に少なくとも一つの光半導体素子を配置するステップと、少なくとも１つの貫通孔を有し、升形状のカバー構造体を、光半導体素子を覆い、光半導体素子の出力光あるいは入力光が貫通孔を貫通するように基板上に配置するステップと、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明であり、且つ粘度を有する第１の媒質を、カバー構造体内部に空隙が残された状態になるように、かつ貫通孔を封止するようにカバー構造体内部に注入するステップと、  空隙の気圧よりも環境圧力を高くして、貫通孔において第１の媒質により凹部を形成するステップと、凹部を硬化して凹形状のレンズを形成するステップと、第１の媒質の屈折率よりも高い屈折率を有し、かつ光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長に対して透明な第２の媒質を凹形状のレンズの表面に密着固定させることによって凸形状のレンズを形成するステップとを有し、光半導体素子の封止構造とレンズが一体形成された光半導体サブモジュールを製造することを特徴とする。
【００２２】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、カバー構造体の内側に、マイクロフィン、あるいはマイクロピン、あるいはそれぞれの組み合わせの構造を含み、第１の媒質の注入時において毛細管現象を用いることが可能であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、基板の表面が基板材質と同質あるいは微細金属配線による微細な凸構造あるいは凹構造を含むことによって、第１の媒質を流し込む際に、毛細管現象によって最初に微細な凸構造あるいは凹構造に第１の媒質が流れ込み、次に均等に基板の表面に第１の媒質が流れ込み、光半導体素子と基板との間における第１の媒質の均等な流れ込みを容易にしたことを特徴とする。
【００２４】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する透明基板であって、凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下である透明基板を、第１の媒質からなるレンズ面が含むことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、第２の媒質の表面は光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する構造を備え、凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、光半導体素子が面発光レーザ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数の面発光レーザが集積化された面発光レーザアレイ、あるいはフォトディテクタ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数のフォトディテクタアレイが集積化されたフォトディテクタアレイ、あるいはそれぞれの組み合わせを含む光半導体素子であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明にもとづく光半導体サブモジュール製造方法は、光半導体素子がＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ、ファブリーペローレーザ、あるいは半導体光増幅器、半導体波長変換器、半導体変調器、あるいはそれぞれの集積化を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明は、光出力、あるいは光入力のために基板貫通孔を有する基板面に光半導体素子を実装する。その後、カバー構造体を上部から被せ、透明媒質をカバー構造体内部に満たす。そして、環境気圧を調整し、カバー構造体内部の空隙の気圧と環境気圧との気圧差によってレンズを形成する。あるいは、光半導体素子を実装した基板面に、貫通孔を有するカバー構造体を上部から被せ、透明媒質をカバー構造体内部に満たす。その後、環境気圧を調整しカバー構造体内部の空隙の気圧と環境気圧との気圧差によってレンズを形成する。これによって、気密封止とレンズ形成を一度に可能にし、安価な光半導体サブモジュールを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００３０】
なお、全ての実施形態において、表面出力、あるいは表面入力の光半導体素子、すなわち面発光レーザ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数の面発光レーザが集積化された面発光レーザアレイ、あるいはフォトディテクタ、あるいは少なくとも一つの半導体基板に複数のフォトディテクタアレイが集積化されたフォトディテクタアレイのいずれか、あるいは、それぞれの組み合わせで構成される光半導体素子の代表的な事例として図示している。しかし、決してこれらの光半導体素子に限ることはなくＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザ、ファブリーペローレーザ、ストライプレーザ、そして半導体光増幅器、半導体波長変換器、半導体変調器、あるいはそれぞれの集積化などにも適用可能であることは言うまでもない。
【００３１】
また、以下の実施形態では媒質１、あるいは媒質２の硬化手法について特に明記していないが、加熱硬化による手法、あるいは熱可塑性を用いる手法、あるいは紫外線硬化による手法のいずれの場合でも本発明に適用可能であることも言うまでもない。
【００３２】
また、以下で説明する実施形態では、基板またはカバー構造体に１つの貫通孔を設けているが、この孔の数は設計に合わせて複数設けるようにしても良く、基板に実装する光半導体素子の数に応じて、貫通孔の数を設定すれば良い。すなわち、複数の半導体素子を実装する場合は、その数と同数の貫通孔を設ければ良い。
【００３３】
また、以下で説明する全ての実施形態では、圧力の調整は、周囲の気圧を減圧、あるいは加圧することによって行う。
【００３４】
（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態による光半導体サブモジュール製作に係わる全行程と完成図である。電極１２を有する光半導体素子１３を、光出力あるいは光入力のために用いられる基板貫通孔１０を有する基板１１に電極１２を接着することにより、基板１１に実装する。このとき、光半導体素子１３からの光出力あるいは光半導体素子１３への光入力が基板貫通孔１０を通過するように実装する。光半導体素子１３を実装した後に、升形状のカバー構造体１４を、光半導体素子１３を覆うようにして基板１１に接着させる。
【００３５】
この後に、所定の粘度を有する、光半導体素子１３の出力光あるいは入力光の波長に対して光学的に透明な媒質１（２１）を所定の圧力でカバー構造体１４の内部に注入する。このとき、カバー構造体１４の内部に空隙が形成されるように、かつ基板貫通孔１０を封止するように媒質１（２１）を注入する。なお、所定の粘度は、媒質１（２１）がカバー構造体１４内に注入された後、基板貫通孔１０から外に出ずにカバー構造体１４内に保持され、後述のように、環境圧力を空隙の圧力よりも低くした際に、その媒質１（２１）の一部がはみ出る程度の粘度とするのが好ましい。
【００３６】
この後に、上記所定の圧力よりも低くなるように環境気圧を調整することによってカバー構造体１４の内部の空隙の気圧と環境気圧との間に気圧差が生じる。この気圧差によって、基板貫通孔１０から媒質１（２１）の一部がはみ出て、基板１１の裏面側に凸レンズ面が構成される。この状態を保持し、媒質１（２１）を硬化させることによって上記の凸レンズ面が固定され、凸レンズ２３が形成される。よって、硬化された媒質１（２１）は、レンズの機能とカバー構造体１４を気密にする機能とを有する。
【００３７】
レンズ面の調整は気圧差だけで調整可能であるため、光学設計上のトレランスは大きくなる。光半導体サブモジュールを大気圧に戻した段階において、空隙の気圧が大気圧よりも高い気圧になるように工程化することにより、すなわち、上記所定の圧力を大気圧よりも高くすることにより、外部からの光半導体素子１３へのガス侵入の阻害を可能にすることが出来る。これにより、気密封止とレンズ形成が同時に可能となる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図２は第２の実施形態による光半導体サブモジュール製作に係わる全行程と完成図である。電極１２を有する光半導体素子１３を、光出力あるいは光入力のために用いられる基板貫通孔１０を有する基板１１に電極１２を接着することにより、基板１１に実装する。このとき、光半導体素子１３からの光出力あるいは光半導体素子１３への光入力が基板貫通孔１０を通過するように実装する。光半導体素子１３を実装した後に、升形状のカバー構造体１４を、光半導体素子１３を覆うようにして基板１１に接着させる。
【００３９】
この後に、所定の粘度を有する、光半導体素子１３の出力光あるいは入力光の波長に対して光学的に透明な媒質１（２１）を所定の圧力でカバー構造体１４の内部に注入する。このとき、カバー構造体１４の内部に空隙が形成されるように、かつ基板貫通孔１０を封止するように媒質１（２１）を注入する。
【００４０】
この後に、所定の圧力よりも高くなるように環境気圧を調整することによってカバー構造体１４の内部の空隙の気圧と環境気圧との間に気圧差が生じる。この気圧差により、基板貫通孔１０付近の媒質１（２１）が押しやられて空隙にその押しやられた分だけ媒質１（２１）が押しやられる。これにより、基板１１の裏面側（カバー構造体１４の内部側）に凹レンズ面２４が構成される。すなわち、媒質１（２１）の、少なくとも基板貫通孔１０を介して外気と接触する領域に凹レンズ面２４が形成されるのである。この状態を保持し、媒質１（２１）を硬化させることによって上記の凹レンズ面が固定され、凹レンズが形成される。この後に、該凹レンズ内、すなわち、基板１１の裏面側に媒質１（２１）よりも高い屈折率を有し、かつ光半導体素子１３の光出力あるいは光入力の波長に対して光学的に透明な媒質２（２２）を密着させ、固定化することによって凸レンズ２５が形成される。基板１１の表面側（基板の、光半導体素子１３が形成された面と対向する面）は平坦仕上げとなるため、光半導体素子１３の裏面側に平坦性を必要とする応用に有効となる。
【００４１】
上記の凹レンズ面２４の調整は気圧差だけで調整可能であるため、光学設計上のトレランスは大きくなる。光半導体サブモジュールを大気圧に戻した段階において、空隙の気圧が大気圧よりも高い気圧になるように工程化することにより、すなわち、上記所定のある直を大気圧よりも高くすることにより外部からの光半導体素子１３へのガス侵入の阻害を可能にすることが出来る。これにより、気密封止とレンズ形成が同時に可能となる。
【００４２】
（第３の実施形態）
図３は第３の実施形態による光半導体サブモジュール製作に係わる全行程と完成図である。電極１２を有する光半導体素子１３を、基板１１に電極１２を接着することにより実装する。その後、基板１１に実装された電極１２を有する光半導体素子１３の上から、出力光あるいは入力光のために用いられる貫通孔を有するカバー構造体１５を基板１１に接着することにより、基板１１に実装する。このとき、光半導体素子１３からの光出力あるいは光半導体素子１３への光入力がカバー構造体１５の貫通孔を通過するように実装する。
【００４３】
この後に、所定の粘度を有する、光半導体素子１３の出力光あるいは入力光の波長に対して光学的に透明な媒質１（２１）を所定の圧力でカバー構造体１５の内部に注入する。このとき、カバー構造体１５の内部に空隙が形成されるように、かつカバー構造体１５の貫通孔を封止するように媒質１（２１）を注入する。なお、所定の粘度は、媒質１（２１）がカバー構造体１５内に注入された後、カバー構造体１５の貫通孔から外に出ずにカバー構造体１５内に保持され、後述のように、環境圧力を空隙の圧力よりも低くした際に、その媒質１の一部がはみ出る程度の粘度とするのが好ましい。
【００４４】
この後に、上記所定の圧力よりも低くなるように環境気圧を調整することによってカバー構造体１５の内部の空隙の気圧と環境気圧との間に気圧差が生じる。この気圧差によって、カバー構造体１５の貫通孔から媒質１（２１）の一部がはみ出て、貫通孔表面に凸レンズ面が構成される。この状態を保持し、媒質１（２１）を硬化させることによって上記の凸レンズ面が固定され、凸レンズ２６が形成される。よって、硬化された媒質１（２１）は、レンズの機能とカバー構造体１５を気密にする機能とを有する。
【００４５】
レンズ面の調整は気圧差だけで調整可能であるため、光学設計上のトレランスは大きくなる。光半導体サブモジュールを大気圧に戻した段階において、空隙の気圧が大気圧よりも高い気圧になるように工程化することにより、すなわち、上記所定の圧力を大気圧よりも高くすることにより、外部からの光半導体素子１３へのガス侵入の阻害を可能にすることが出来る。これにより、気密封止とレンズ形成が同時に可能となる。
【００４６】
（第４の実施形態）
図４は第４の実施形態による光半導体サブモジュール製作に係わる全行程と完成図である。電極１２を有する光半導体素子１３を、基板１１に電極１２を接着することにより実装する。その後、基板１１に実装された電極１２を有する光半導体素子１３の上から、光出力あるいは光入力のために用いられる貫通孔を有するカバー構造体１５を基板１１に接着することにより、基板１１に実装する。このとき、光半導体素子１３からの光出力あるいは光半導体素子１３への光入力がカバー構造体１５の貫通孔を通過するように実装する。
【００４７】
この後に、所定の粘度を有する、光半導体素子１３の出力光あるいは入力光の波長に対して光学的に透明な媒質１（２１）を所定の圧力でカバー構造体１５の内部に注入する。このとき、カバー構造体１５の内部に空隙が形成されるように、かつカバー構造体１５の貫通孔を封止するように媒質１（２１）を注入する。
【００４８】
この後に、所定の圧力よりも高くなるように環境気圧を調整することによってカバー構造体１５の内部の空隙の気圧と環境気圧との間に気圧差が生じる。この気圧差により、カバー構造体１５の貫通孔付近の媒質１が押しやられて空隙にその押しやられた分だけ媒質１が押しやられる。これにより、貫通孔表面（カバー構造体１４の内部側）に凹レンズ面２７が構成される。すなわち、媒質１（２１）の、少なくともカバー構造体１５の貫通孔を介して外気と接触する領域に凹レンズ面２７が形成されるのである。この状態を保持し、媒質１（２１）を硬化させることによって上記の凹レンズ面２７が固定され、凹レンズが形成される。この後に、該凹レンズ内、すなわち、基板１１の裏面側に媒質１（２１）よりも高い屈折率を有し、かつ光半導体素子１３の光出力あるいは光入力の波長に対して光学的に透明な媒質２（２２）を密着させ、固定化することによって凸レンズ２８が形成される。貫通孔を有する面（カバー構造体１５が外気と接触する面）は平坦仕上げとなるため、光半導体素子１３の上面側に平坦性を必要とする応用に有効となる。
【００４９】
上記の凹レンズ面の調整は気圧差だけで調整可能であるため、光学設計上のトレランスは大きくなる。光半導体サブモジュールを大気圧に戻した段階において、空隙の気圧が大気圧よりも高い気圧になるように工程化することにより、すなわち、上記所定の圧力を大気圧よりも高くすることにより外部からの光半導体素子１３へのガス侵入の阻害を可能にすることが出来る。これにより、気密封止とレンズ形成が同時に可能となる。
【００５０】
（第５の実施形態）
図５は第１乃至第４の実施形態に用いられているカバー構造体１４〜１５の詳細な説明図である。媒質１（２１）をカバー構造体の内部に流し込む際において、カバー構造体内側が有するマイクロフィン３１、あるいはマイクロピン３２による毛細管現象を使うことによって媒質１（２１）の粘性に応じ、流れ易さを調整可能とし、カバー構造体内部に均等に媒質が注入される。上記のマイクロフィン３１あるいはマイクロピン３２の配置や形状を変えることによって、カバー構造体１４〜１５の内部に残される空隙の容積が調整可能となる。  
なお、本実施形態において、マイクロフィンとマイクロピンとの双方を用いることも出来る。
【００５１】
（第６の実施形態）
図６はマルチモード光ファイバとの接続が考慮された、光半導体サブモジュールの光取り出し面、あるいは光入力面が有するキノフォームである。これは、本発明の光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面４１とをランダムに面内分布する透明基板であって、凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下とすることができる。これにより、位相がランダム化されるためマルチモード導波路と光半導体サブモジュールとの接続が良好となる。
【００５２】
また、上記第２の実施形態と第４の実施形態の媒質２の表面は光半導体素子の出力光あるいは入力光の波長の２倍以下の高低差をもつ凹面あるいは凸面とがランダムに面内分布する構造とし、凹面あるいは凸面の面内空間周波数が、光半導体サブモジュールに接続される光導波路の開口数と光半導体素子の出力光あるいは入力光の波数との積以下とすることができる。これにより、位相がランダム化されるためマルチモード導波路と光半導体サブモジュールとの接続が良好となる。
【００５３】
（第７の実施形態）
図７は光半導体素子１３を有する基板１１の上の微細な凸構造あるいは凹構造４２を示している。このような微細な凸構造あるいは凹構造４２を設けることによって、光半導体素子１３の実装後における媒質１（２１）の流し込みが、毛細管現象により容易になる。具体的には、媒質１（２１）を流し込むと、媒質１（２１）は、凸構造あるいは凹構造４２に沿ってまず付着し次に、凸構造あるいは凹構造４２のない平面に流れていく。これにより、媒質１（２１）を、基板上で偏ることなく均等に流し込むことができる。
【００５４】
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、図８に示されているような従来の金属製気密封止パッケージとは異なる態様の光半導体サブモジュールを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】基板裏面に凸レンズを有する光サブモジュールを示す図である。
【図２】基板裏面に凸レンズと平坦面を有する光サブモジュールを示す図である。
【図３】封止構造体に凸レンズを有する光サブモジュールを示す図である。
【図４】封止構造体に凸レンズと平坦面を有する光サブモジュールを示す図である。
【図５】封止構造体の詳細を示す図である。
【図６】キノフォームを有する構造を示す図である。
【図７】表面に微細な凸構造、あるいは凹構造を有する基板の詳細を示す図である。
【図８】従来構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  基板貫通孔
１１  基板
１２  電極
１３  光半導体素子
１４  カバー構造体
１５  カバー構造体
２１  媒質１
２２  媒質２
２３  レンズ
２４  レンズ面
２５  レンズ
２６  レンズ
２７  レンズ面
２８  レンズ
３１  マイクロフィン
３２  マイクロピン
４１  凹面あるいは凸面
４２  凸構造あるいは凹構造
【図１】
2007329430.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2007329430.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007329430.tif 000009
【図８】
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