[发明专利]半导体器件组件

说明书

本发明要求于2009年7月28日提交的美国临时专利申请号为No.61/229,171的专利申请的优先权，通过参考将其结合于此。

技术领域

本发明涉及半导体器件的封装，特别地，涉及光纤耦合半导体器件的绝热封装。

背景技术

诸如激光二极管、激光二极管阵列和发光二极管(LED)的发光半导体器件经常与光纤结合以将所发射的光传输到外部物体。在耦合到半导体器件的光纤的正常操作期间，必须维持半导体芯片和光传输光纤之间的光耦合效率。

大多数半导体芯片的发光区域相当小，在垂直于半导体器件的薄膜层平面的方向只有几微米。通常，小尺寸的发光区域是好的，是期望的光源形状，因为其带来光源的高亮度，例如，允许光源产生的光被紧聚焦。为了保持半导体光源的亮度，优选地利用具有小纤芯直径的光纤。由于小尺寸的发光区域和小的纤芯直径，所以光纤必须精确对准半导体芯片。此外，为了在器件的寿命期间维持发光功率水平，必须在器件的寿命期间维持光纤和半导体芯片之间的精确对准。

参照图1，所示的是现有的耦合光纤的激光二极管组件10。激光二极管组件10已经被转让给JDS单相公司的Ziari等人的美国专利US 6,758,610所公开，通过参考将其结合于此。激光二极管组件10包括基座11，激光芯片子支架12，激光芯片13，包括顶部14A的光纤子支架14，以及光纤15。子支架12和14通过焊接层16被固定到基座11，而激光芯片13通过焊接层16被固定到激光芯片子支架12。利用焊接珠17将光纤15连接到光纤子支架14。金属化光纤15，以使其具有金属化层18，从而通过焊接珠17的金属焊接材料提高光纤15的湿润性。顶部14A具有低热导率，以在焊接操作期间起到热障作用。光纤15的前表面19被透镜化，以提高光纤耦合效率。

不利地，即使在利用热电冷却器(TEC)稳定激光二极管组件10的温度的情况下，激光二极管组件10的光纤耦合效率也随着环境温度而改变。图1未示出TEC。为了移除激光二极管组件10的热量，基座11配置在TEC的顶表面，而TEC的底表面连接到外部热沉，未示出。当环境温度与激光二极管组件10的基座11的温度不同时，TEC的内侧表面和外侧表面具有不同的温度。温差将导致其上安装有基座11的内侧TEC表面变形，这将导致激光二极管组件10的基座11变形。基座11的变形导致光纤15相对于激光二极管芯片13的偏移，这将造成光纤耦合效率损失，最终导致输出光功率和激光二极管组件10的转换效率降低。

Miyokawa等人的美国专利US 6,734,517和US 7,030,422公开了一种提高光纤耦合二极管激光中光纤耦合效率稳定性的现有方法，通过参考将其结合于此。Miyokawa等人公开了一种半导体激光二极管模块，该模块被构造以减少光纤耦合效率对于温度的相关性。在Miyokawa等人公开的半导体激光二极管模块中，选择支撑激光芯片的基座的材料，以匹配光纤固定器的材料。此外，光纤固定器具有两个部分，一部分被安装到基座，而另一个部分支撑光纤套圈。安装到基座的部分被整形，以使其不妨碍基座的激光二极管的安装区域。不利地，Miyokawa等人的模块相当复杂，需要许多激光焊接部分以固定所有焊接元件的所有部分。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单和便宜的光纤耦合半导体器件，其中在不同环境温度下的正常操作期间能维持光纤耦合效率。本发明的另一个目的是提供这种器件的组装方法。

本发明人发现光纤和激光芯片之间的对准损失主要是由于支撑激光二极管子组件的平台的变形导致的。本发明人进一步发现，在平台下面设置具有小于该平台面积的导热衬垫，在提供充分的热沉以将激光芯片保持在期望的温度时，能够显著减少平台的变形。

根据本发明，提供一种半导体器件组件，包括：

基座；

安装在基座上的衬垫；

半导体器件子组件，其包括具有底表面的平台，该平台具有安装到衬垫上的平台安装区域，以及具有活性层的半导体芯片，该半导体芯片热耦合到平台，用于移除该半导体芯片产生的热量；

固定到半导体器件子组件的光纤支架，该光纤支架具有光纤安装平面；以及

光纤，其在光纤安装平面被固定到光纤支架，并光耦合到半导体芯片，以接收从半导体芯片发出的光；

其中，平台安装区域小于平台底表面的总区域，从而降低半导体芯片和光纤之间的光耦合相对于基座变形的灵敏度。

在本发明的一个实施例中，活性层的平面垂直于光纤安装平面，以用于降低半导体芯片和光纤之间的光耦合相对于组件的温度变化的灵敏度。