具体实施方式

本公开要解决的问题

诸如将电信号输入到半导体激光元件中、温度检测、对半导体激光元件的底座的内部与底座的外部之间的温度进行控制之类的信息类型的数量增加。当端子的数量小于信息类型的数量时，例如，当没有确保用于热敏电阻的端子时，可能难以检测温度。端子的数量可以根据信息类型而增加。然而，因为装置的尺寸缩小，所以难以重新设置端子。因此，本发明的目的是提供减少端子数量的能够检测温度的光学半导体装置。

本公开的效果

根据本公开，可以抑制端子数量的增加并检测温度。

用于执行本发明的模式

[对本发明的实施例的描述]

首先，本公开的实施例的细节将被如以下列出地描述。

本公开的实施例是(1)一种光学半导体装置，所述光学半导体装置包括：底座，其具有侧壁；馈通件，其穿透底座的侧壁并具有从侧壁朝向底座的外部伸出的伸出部；连接端子，其电连接到安装在底座中的部件并设置在馈通件的伸出部上；第一温度检测部，其设置在底座的侧壁的外壁上并检测底座的温度；以及柔性基板，其一端连接到连接端子并且其与一端分隔的一部分连接到第一温度检测部，其中，第一温度检测部设置在侧壁和柔性基板之间。第一温度检测部未连接到外部连接端子。因此，可以抑制外部连接端子的数量增加。并且，因为第一温度检测部设置在底座的侧壁上，所以可以检测温度。

(2)第一温度检测部可以经由散热树脂结合到侧壁。利用该结构，可以利用第一温度检测部来准确地检测温度。

(3)第一温度检测部的厚度可以等于伸出部的伸出量。当在伸出部周围的空间中设置热敏电阻时，可以有效地利用该空间。并且，光学半导体装置可以缩小尺寸。

(4)还可以设置被容纳在底座内部的波长可调谐激光元件。还可以设置检测波长可调谐激光元件的温度的第二温度检测部。连接端子可以经由设置在波长可调谐激光元件、第二温度检测部和柔性基板上的第一布线将电信号输入到波长可调谐激光元件中。可以利用温度调节元件来调节底座中的温度。并且，可以抑制连接端子的数量增加。

(5)在与其上设置有第一布线的面不同的面上还可以设置第二布线，第二布线设置在柔性基板上并具有与第一温度检测部的电极连接的焊盘。可以将柔性基板连接到连接端子和第一温度检测部。

[本发明的实施例的细节]

下面参考附图描述按照本公开的实施例的光学半导体元件及其制造方法，以及光学集成半导体元件及其制造方法的具体示例。应该注意，本公开不限于这些示例，而是由权利要求书示出，并且所有修改旨在被包括在权利要求书的等同形式和权利要求书的范围中。

第一实施例

图1A例示了按照第一实施例的光学半导体装置100的平面图。图1B例示了光学半导体装置100的剖视图。图1A的虚线指示波长可调谐激光元件30的输出光的路径。在图1A中，未例示热敏电阻40和柔性基板70。图1A和图1B是示意图。布线图案和引线引脚24的数量可以改变。

如图1A和图1B中例示的，光学半导体装置100是TOSA(发射器光学子组件)，其包括底座10、馈通件20、波长可调谐激光元件30、热敏电阻40(第一温度检测部)和柔性基板70。底座10是长方体形状，其纵向尺寸为13mm，横向尺寸为7mm且高度尺寸为4mm。底座10的侧壁由例如铁-镍-钴合金制成。底座10的底板由例如铜-钨合金制成。底座10的侧壁中的一个具有窗口18。在窗口18中设置透镜。光穿过窗口18朝向外部输出。底座10的另一侧壁具有用于输入和输出电信号的馈通件20并具有热敏电阻40。

馈通件20由诸如氧化铝(Al₂O₃)等之类的陶瓷制成，并从底座10的内部向底座10的外部延伸。在馈通件下方，热敏电阻40通过粘合剂附接到底座10的侧壁10a。粘合剂是诸如具有高导热率的基于树脂的散热粘合剂(例如，基于环氧树脂的树脂或基于硅酮的树脂)。散热粘合剂的导热率为例如10W/m·K。因此，可以准确地检测底座10的温度。馈通件20的表面和热敏电阻40的表面位于相同的平面中。

底座10容纳温度调节元件12、载体14、芯片载体16、波长可调谐激光元件30、透镜32、分束器34和36以及光接收元件37和38。这些部件被密封在底座10中。

温度调节元件12包括珀耳帖元件并用作TEC(热电冷却器)。载体14和芯片载体由诸如Al₂O₃等之类的陶瓷制成。载体14被安装在温度调节元件12上。芯片载体16、透镜32、分束器34和36、光接收元件37和38以及标准具39被安装在载体14上。波长可调谐激光元件30被安装在芯片载体16上。

如随后描述地，波长可调谐激光元件30是半导体元件并发射光。分束器34和36中的每个将输入光分成两束光。光接收元件37和38是光电二极管等，并在接收光时输出电流。

如图1A中例示地，在载体14的上表面上设置两个布线图案15。在芯片载体16的上表面上设置多个布线图案17。在温度调节元件12的上表面上设置两个电极13。

馈通件20由包括氧化铝的陶瓷制成，并具有伸出到底座10外部的伸出部20a。在底座10中的馈通件20的表面上设置多个布线图案22。定位在底座10外的伸出部20a具有伸出到底座10外部的多个引线引脚24。每个引线引脚24通过底座10中的布线电连接到每个布线图案22。多个引线引脚24包括连接到波长可调谐激光元件30的引线引脚、连接到温度调节元件12的引线引脚以及连接到光接收元件37和38的引线引脚。

载体14的两个布线图案15中的一个电连接到光接收元件37，并经由键合引线25连接到馈通件20的布线图案22中的一个。两个布线图案15中的另一个电连接到光接收元件38，并经由另一键合引线25连接到布线图案22中的另一个。

波长可调谐激光元件30经由键合引线26电连接到芯片载体16的布线图案17。布线图案17也经由键合引线25连接到布线图案22。温度调节元件12的电极13经由其他键合引线25电连接到馈通件20的布线图案22。如上所述，布线图案22电连接到引线引脚24。

如图1B中例示的，柔性基板70面向底座10的侧壁10a，并连接到引线引脚24和热敏电阻40。光学半导体装置100经由柔性基板70电连接到诸如控制装置之类的外部部件。柔性基板70是由绝缘材料制成并可弯曲的印刷电路基板。柔性基板70的面70a面向光学半导体装置100。柔性基板70的面70b与面70a相对。

热敏电阻40设置在柔性基板70和底座10的侧壁10a之间。热敏电阻40的厚度等于柔性基板70与底座10的侧壁10a之间的距离，并也等于馈通件20的伸出部20a的伸出量。当热敏电阻40位于伸出部20a下方的空间中时，可以有效地利用该空间。因此，光学半导体装置100可以缩小尺寸。伸出部20a的伸出量和热敏电阻40的厚度为例如0.5mm。从伸出部20a的伸出量和热敏电阻40的厚度的可容许误差的观点来看，在热敏电阻40的厚度小于馈通件20的伸出部20a的伸出量并在热敏电阻40和底座10的侧壁10a之间形成间隙的情况下，当在热敏电阻40和底座10的侧壁10a设置散热分隔件并使用散热粘合剂时，热敏电阻40可以热连接到底座10的侧壁10a。当制备具有不同厚度的散热分割件时，可以抑制由可容许误差引起的热释放的影响。

图2例示了光学半导体装置100的前视图。在图2中，馈通件20和热敏电阻40的附近区域被放大。如图2中例示的，热敏电阻40在其表面上具有两个电极42。热敏电阻40的纵向长度为0.8mm。热敏电阻40的横向长度为1.6mm。电极42的纵向长度和横向长度为0.6mm。引线引脚24和电极42位于光学半导体装置100的侧壁10a一侧。

图3A和图3B例示了柔性基板70的前视图。图3A例示了面70a。图3B例示了面70b。如图3A中例示的，在面70a上设置两个焊盘74和两条布线76(第二布线)。每条布线76连接到每个焊盘74。布线76与柔性基板70一起延伸。如图3B中例示的，在面70b上设置多条布线78(第一布线)。多个通孔电极72从面70a延伸到面70b并穿透柔性基板70。每条布线从每个通孔电极72延伸。布线76和布线78连接到未例示的一个或更多个外部部件。

图4A和图4B例示了柔性基板70连接到引线引脚24的情况下的前视图。图4A例示了面70a一侧。图4B例示了面70b一侧。

如图4A中例示的，每个引线引脚24被插入到柔性基板70的每个通孔电极72中。因此，引线引脚24电连接到图4B的布线78。每个热敏电阻40的电极42通过焊料连接到每个焊盘74。

图5例示了波长可调谐激光元件30的示意性剖视图。如图5中例示的，波长可调谐激光元件30具有TDA-DFB(可调谐分布式放大-DFB)区域A、CSG-DBR(阶梯状采样光栅分布布拉格反射器)区域B和SOA(半导体光学放大器)区域C。SOA区域C、TDA-DFB区域A和CSG-DBR区域B以从前侧到后侧的顺序排列。

TDA-DFB区域A具有其中下包覆层51、有源层52和上包覆层54层叠在基板50上的结构。在上包覆层54上，存在两组或更多组区域，其中一种区域是层叠有接触层55和电极56的区域，并且其中一种区域是加热器58a层叠在绝缘膜57上的区域。

CSG-DBR区域B具有其中在基板50上层叠有下包覆层51、光波导层53、上包覆层54、绝缘膜57和加热器58b的结构。加热器58b中的每个具有电源电极59和接地电极60。SOA区域C具有其中在基板50上层叠有下包覆层51、光放大层64、上包覆层54、接触层65和电极66的结构。

基板50、下包覆层51和上包覆层54被一体地形成在TDA-DFB区域A、CSG-DBR区域B和SOA区域C中。有源层52、光波导层53和光放大层64形成在同一平面上。TDA-DFB区域与CSG-DBR区域B之间的界面对应于有源层52与光波导层53之间的界面。

在SOA区域C一侧的基板50、下包覆层51、光波导层53和上包覆层54的小平面上形成小平面膜62。在实施例中，小平面膜62是AR(抗反射)膜。小平面膜62用作波长可调谐激光元件30的前小平面。在CSG-DBR区域B一侧的基板50、下包覆层51、光波导层53和上包覆层54的小平面上形成小平面膜63。在实施例中，小平面膜63是AR膜。小平面膜63用作波长可调谐激光元件30的后小平面。

基板50是例如由n型InP制成的晶体基板。下包覆层51具有n型导电性。上包覆层54具有p型导电性。下包覆层51和上包覆层54例如由InP制成。下包覆层51和上包覆层54将光约束在有源层52、光波导层53和光放大层64中。

在TDA-DFB区域A和CSG-DBR区域B的下包覆层51中以给定的间隔形成多个衍射光栅(波纹)67。因此，TDA-DFB区域A和CSG-DBR区域B具有采样光栅。衍射光栅67由折射率与下包覆层51的折射率不同的材料制成。当下包覆层51由InP制成时，衍射光栅的材料例如由Ga_0.22In_0.78As_0.47P_0.53制成。

有源层52由具有增益的半导体制成。有源层52可以具有量子阱结构，其中由厚度为5nm的Ga_0.32In_0.68As_0.92P_0.08制成的阱层和由厚度为10nm的Ga_0.22In_0.78As_0.47P_0.53制成的势垒层交替层叠。光波导层53例如由块体半导体层制成，并可以由Ga_0.22In_0.78As_0.47P_0.53制成。在该实施例中，光波导层53的能隙大于有源层52的能隙。

光放大层64在从电极66供应电流时实现增益，并放大光。光放大层64可以具有量子阱结构，其中由厚度为5nm的Ga_0.35In_0.65As_0.99P_0.01制成的阱层和由厚度为10nm的Ga_0.15In_0.85As_0.32P_0.68制成的势垒层交替层叠。作为另一结构，光波导层64可以由块体半导体层制成，并可以由Ga_0.44In_0.56As_0.95P_0.05制成。光放大层64可以由与有源层52相同的材料制成。

接触层55和65例如由p型Ga_0.47In_0.53As晶体制成。绝缘膜57是由诸如硅氮化物(SiN)或硅氧化物(SiO₂)之类的绝缘体制成的保护层。加热器58a和58b是诸如钛钨TiW之类的薄膜电阻。小平面膜62和63是反射率为1.0％或更小的AR膜，并基本上实现了无反射。AR膜由用MgF₂和TiON制成的介电膜制成。

电极56和66、电源电极59和接地电极60由诸如Au(金)之类的导电材料制成。在基板50的下表面上形成反表面电极61。反表面电极61延伸穿过TDA-DFB区域A、CSG-DBR区域B和SOA区域C。

如图1A中例示的，电极56和66以及加热器58a和58b中的每个经由每个键合引线26电连接到每条芯片载体16的布线图案17。

如图1B、图4A和图4B中例示的，引线引脚24连接到柔性基板70。因此，可以经由柔性基板70输入电信号或输出电信号。经由柔性基板70的布线78、引线引脚24、布线图案22和17以及键合引线25和26，电力被供应到波长可调谐激光元件30的电极56和66以及加热器58a和58b。因此，波长可调谐激光元件30被激活。并且，发射激光光。

如图1A的虚线指示的，所发射的光穿过透镜32并被分束器34分成两束光。被分开的光中的一个从窗口18朝向外部输出。被分开的光中的另一个被分束器36进一步分为两束光。被分开的两束光中的每一个被输入到每个光接收元件37和38中。

当光接收元件37和38接收已经穿过标准具39的光时，光接收元件37和38输出电流。检测到从光接收元件37和38经由布线图案15、键合引线25、布线图案22和引线引脚24输出的电流。可以基于电流来控制波长可调谐激光元件30的波长。

当经由柔性基板70的布线78、引线引脚24、布线图案22和电极13向温度调节元件12供应电力时，底座10中的温度被调节并且波长受控制。

可以利用热敏电阻40检测温度。热敏电阻40检测底座10的表面的温度，并根据温度输出电流。当经由电极42、焊盘74和布线76检测由热敏电阻40输出的电流时，检测了底座10的表面温度。可以从底座10的表面温度近似地计算底座10内部的温度。

在第一实施例中，热敏电阻40被设置在底座10的侧壁10a上，并电连接到柔性基板70。因此，可以利用外部部件检测温度。并且可以利用外部部件来控制温度。如图4A中例示的，热敏电阻40利用电极42和焊盘74连接到柔性基板70。并未使用引线引脚24。即，引线引脚24未连接到热敏电阻40。因此，可以减少引线引脚24的数量。

如随后描述地，难以将温度调节元件12、光接收元件37和38设置在底座10之外。另一方面，即使热敏电阻40被设置在底座10之外，也可以检测温度。即，可以基于由热敏电阻40检测到的侧壁10a的温度来近似地计算底座10内部的温度。因此，可以检测温度。并且，可以抑制引线引脚24的数量增加。

馈通件20从底座10的侧壁10a伸出到底座10的外部。引线引脚24设置在底座10之外的馈通件20的表面上。热敏电阻40设置在底座10之外，并可以设置在除了侧壁10a之外的壁面上。然而，当柔性基板70较长时，结构可能复杂。因此，优选的是，热敏电阻40可以设置在侧壁10a以及馈通件20上。当柔性基板70面向侧壁10a时，柔性基板70电连接到引线引脚24和热敏电阻40。因此，结构可以是简单的。

焊盘74和布线76设置在柔性基板70的面70a上。当面70a面向侧壁10a并且柔性基板70连接到引线引脚24时，热敏电阻40的电极42连接到焊盘74和布线76。面70b的布线78经由通孔电极72连接到引线引脚24。因此，光学半导体装置100可以经由柔性基板70电连接到外部部件。

如图5中例示地，波长可调谐激光元件30包括电极56和66以及加热器58a和58b。多个引线引脚24包括连接到电极和加热器的引线引脚。因此，引线引脚24的数量较大。然而，引线引脚24的数量较大，可能难以缩小光学半导体装置100的尺寸。在第一实施例中，热敏电阻40设置在底座10之外。因此，引线引脚24未连接到热敏电阻40。因此，可以抑制引线引脚24的数量增加。并且，可能可以缩小光学半导体装置100的尺寸。波长可调谐激光元件30可以包括SG-DFG区域作为增益区域，而非TDA-DFB区域。波长可调谐激光元件30可以包括SG-DBR区域作为反射区域，而非CSG-DBR区域。

当温度调节元件12设置在底座10之外时，波长可调谐激光元件30的温度控制可能是困难的。因此，优选的是将温度调节元件12安装在底座10的内部。在这种情况下，引线引脚24的一部分连接到温度调节元件12的电极13。在第一实施例中，温度调节元件12被容纳在底座10的内部。并且，热敏电阻40设置在底座10之外。因此，通过使用温度调节元件12可以进行温度控制。并且，引线引脚24的数量增加得以抑制。

当光接收元件37和38接收光时，光接收元件37和38输出电流。可以基于电流来控制波长可调谐激光元件30的波长。因此，优选的是，光接收元件37和38与波长可调谐激光元件30一起被容纳在底座10的内部。在这种情况下，引线引脚24的一部分连接到温度调节元件12的电极13。在第一实施例中，光接收元件37和38被容纳在底座10的内部，并且热敏电阻40设置在底座10之外。因此，可以通过使用光接收元件37和38来控制波长。引线引脚24的数量增加得以抑制。

第二实施例

第二实施例的引线引脚24的位置与第一实施例的位置不同。图6A例示了第二实施例的光学半导体装置的横截面。图6B例示了光学半导体装置200的前视图，并放大了馈通件20和热敏电阻40的附近区域。如图6A和图6B中例示的，在底座10之外的馈通件20的一部分中形成台阶。每个引线引脚24设置在每个台阶上。

图7A和图7B例示了柔性基板70连接到引线引脚24的情况的前视图。图7A例示了面70a的一侧。图7B例示了面70b的一侧。如图7A和图7B中例示的，根据引线引脚24设置两列通孔电极72。如图7A中例示的，热敏电阻40在通孔电极72下方。电极42连接到焊盘74。如图7B中例示的，连接到通孔电极72的布线78设置在面70b上。其他结构与第一实施例的结构相同。

如第一实施例，在第二实施例中，引线引脚24不连接到热敏电阻40。因此，抑制了引线引脚24的数量增加。并且，可以利用热敏电阻40检测温度。

第三实施例

图8例示了柔性基板70连接到引线引脚24的情况的前视图，并例示了面70a的一侧。如图8中例示的，布线76和78设置在面70a上。布线78被弯曲。由此，布线78不与热敏电阻40重叠。布线78未连接到焊盘74和布线78。当柔性基板70的面70a面向底座10时，电极42连接到焊盘74。并且，引线引脚24连接到布线78。其它结构与第一实施例或第二实施例的其它结构相同。

如第一实施例，在第三实施例中，引线引脚24不连接到热敏电阻40。因此，抑制了引线引脚24的数量增加。并且，可以利用热敏电阻40检测温度。

如第一实施例至第三实施例中的情况，根据引线引脚24的位置确定通孔电极72的位置。此外，布线76和78的布局被调整。因此，可以通过利用柔性基板70来控制光学半导体装置。用于外部部件的端子可能不一定是引线引脚。除了热敏电阻40之外的传感器可以被用作温度检测部。

虽然已经详细描述了本发明的实施例，但要理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种改变、替换和更改。

字母或标号描述

10 底座

10a 侧壁

12 温度调节元件

13、42、56、66 电极

14 载体

15、17、22 布线图案

16 芯片载体

18 窗口

20 馈通件

24 引线引脚

25、26 键合引线

30 波长可调谐激光元件

32 透镜

34、36 分束器

37、38 光接收元件

39 标准具

40、41 热敏电阻

50 基板

51 下包覆层

52 有源层

53 光波导层

54 上包覆层

55 接触层

57 绝缘膜

58A、58b 加热器

59 电源电极

60 接地电极

61 反电极

62、63 小平面膜

64 光放大层

67 衍射光栅

70 柔性基板

70A、70b 面

72 通孔电极

74 焊盘

76、78 布线

100,200 光学半导体装置装置