[发明专利]光电转换器及其制造方法

说明书

本发明波及一种光电转换器，该转换器是具有一个接收光或者发射光的半导体器件，具有一个固定半导体器件的底盘和具有一个与托盘连接在一起的间距定位片，该定位片用于把透镜系统光学对准半导体器件。

这类转换器例如由专利US4055761或JP5-218463已众所周知。这里的一个重要问题在于使转换器高效率运行。除半导体器件本身的特性外，这个目标是这样实现的，即光学上把透镜系统最佳地对准半导体器件。只有这样才可以把半导体器件发出的光高效率地耦合到光导纤维或者把由光导纤维出来的光耦合到半导体器件上。

此外，还必须保证光电转换器在运行期间保持最佳对准。在运行期间由于转换器升温可能导致失调从而使效率降低。

本发明的任务是，改进上述类型的光电转换器，使温度起伏对半导体器件与透镜系统的对准仅仅是有很小的影响。此外，还应给出一个制造这种类型光电转换器的简便方法。

上述第一个目标是这样实现的，即底盘、间距定位片和透镜系统的材料至少有接近的热膨胀系数。

借助附图1至5中给出的两个实施例进一步阐述本发明。这些附图是：

图1是第一实施例截面图；

图2是第二实施例截面图；

图3和图4是制造光电转换器的关键步骤；和

图5是安装上光电转换器的一种外壳。

图1所示光电转换器安装在底盘1上。底盘1的上表面具有凹槽2。凹槽2的两侧保留有几个凸梁3。在槽2中，在金属化层5的上面固定一个接收光或发射光的半导体器件6。这种器件例如可以是光电二极管或发光二极管(LED)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL＝VerticalCavity Surface Emitter laser)。此外，金属化层5还用于半导体器件6的供电。另一个接触点位于半导体器件的上侧。

在凸梁3上例如同样固定着10个梁式间距定位片7。在定位片7上有一个透镜8用适合于材料的方法与其连接在一起。透镜系统与凹槽2的底部之间的距离大于半导体器件6与金属层5的厚度之和。

底盘1用硅片制成。硅片可以是多晶也可以是单晶。然而也可以采用另外的有适当热膨胀系数的材料代替硅片制造底盘1。

间距定位片7用玻璃制成，而透镜系统可以用硅或玻璃制造。主要的是，在半导体器件与透镜系统之间至少安置一个用玻璃制造的部件。其微小的热导值阻止由半导体器件6传导至底盘1的热量到达透镜系统。由于硅有良好的导热性，硅底盘优先用于发光半导体器件，因为这种器件转换的功率一般高于光接收器。光接收器用的底盘1可以用玻璃制造，间距定位片7可以用硅制造，透镜系统8可以用硅或玻璃制造。在两种情况下，只有当光具有能透过硅的波长时，用硅制造透镜系统才可能显示出优越性。当波长大于1.1μm时就属于此种情况。

底盘、间距定位片7和透镜系统8可以用粘接和/或焊接的方法连接在一起。然而，如果硅表面与玻璃表面相互重叠在一起，那么也可以用阳极键合法彼此连接。这种技术是众所周知的。该技术是，在温度例如400℃下，把需要键合在一起的部件上下压在一起，并且在玻璃上加上电压例如-1000V。因为这种连接技术重复性很好，当底盘1和透镜系统8是用玻璃制成时，间距定位片7最好用硅制造。在焊接或粘接间距定位片和透镜系统时，在这两个部件之间加入一层焊料或粘胶层9。焊料层例如可以是蒸发上的。

所用的玻璃类型应具有与硅相近的热膨胀系数。这里适用的玻璃例如有硼硅玻璃，这种玻璃在市场上例如有Corning公司的产品，其商标为“Pyrex”7740或schoft公司的产品，其商标为Tempax。

如果需要光电转换器11有较小的电容，那么最好不用硅底盘而采用玻璃底盘。然而，如果需要有较好的热传导而必须使用硅底盘时，那么此底盘可以制造得薄些并在其背面垫上一块玻璃片10(见图2)。此玻璃片10可以用阳极键合、焊接或粘接法与硅底盘连接在一起。

图1和图2示出的光电转换器11装入一个外壳内(见图5)，此外壳有底座14和盖15。相对调整转换器11，使其对准安装在盖15上的窗口16，并把转换器固定在底座14上。在窗口处装上一个光缆(未示出)，此光缆经耦合件20与外壳连接在一起。半导体器件本身经金属化层5和位于半导体器件上表面的接触点与两个接线端21和22电学连接，经这两个接线端输入工作电压或耦合出电信号。