(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁材料から成り、上面の開口に金属蓋体が接合されて内部に光半導体素子を収納する略直方体の容器を構成する容器本体と、該容器本体の第１の側壁に設けた貫通孔に接合された筒状の光ファイバ固定部材と、前記容器本体の第２の側壁および前記容器本体の底面に設置された複数のリード端子とを具備して成り、該複数のリード端子は、信号用リード端子と接地用リード端子とをそれぞれ前記第２の側壁と前記底面とに分けて設置するとともに前記信号用リード端子の両側に前記接地用リード端子を並設したことを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を収納したことを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザやフォトダイオード等の光半導体素子を収納し、光ファイバと光半導体素子とを光学的に結合させて使用する光半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光半導体素子収納用パッケージ（以下、光パッケージという）を図２，図３に示す。図２（ａ）はリード端子６の一端が光パッケージの容器本体１の底面に接合されるとともに、リード端子６が容器本体１の側壁の延長面に沿うようにして容器本体１の底面から垂直下方に延びるよう設置されたものの斜視図、図２（ｂ）はリード端子６の一端が容器本体１の側壁に接続されるとともに、リード端子６が容器本体１の側壁の延長面に沿うようにして垂直下方に延びるよう設置されたものの斜視図、図３は従来の光パッケージ内部の側断面図である。これらの図に示すように、半導体レーザやフォトダイオード等の光半導体素子３を収納するための光パッケージは、基本的に、上面が開口された略直方体の箱体を成す容器本体１と、容器本体１の上面の開口を覆う金属蓋体２と、容器本体１の一側壁に設けられ光ファイバ９を固定するための円筒状の光ファイバ固定部材８と、容器本体１の他の対向する二側壁または底面に設けられ外部の駆動回路等に接続される複数のリード端子６とから成る。
【０００３】
そして、容器本体１はセラミックス等の電気絶縁材料から成り、その内部の底面の中央領域に光半導体素子３が載置固定される載置部１ａを有し、載置部１ａの周辺にはメタライズ層から成る配線導体５が形成される。その配線導体５は容器本体１の表面および内部を貫通して引き回され、容器本体１外表面に配置される複数のリード端子６に接続される。複数のリード端子６の全ては、図２に示すように、それらの一端が容器本体１の底面または側壁のいずれかに揃って接合されており、メタライズ層から成る配線導体５上にＡｇロウ等のロウ材を介して接合される（特許第２５８０１４２号公報参照）。また、容器本体１の一側壁には光ファイバ９を挿通させるための貫通孔１ｂが形成され、貫通孔１ｂの容器本体１の外面側の周囲に、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金（コバール），Ｆｅ−Ｎｉ合金等から成る円筒状の光ファイバ固定部材８が、リード端子６と同様に、メタライズ層とロウ材による接合構造によって接合される。
【０００４】
さらに、容器本体１の側壁上面には、コバール等から成る薄肉の金属枠体１２が、リード端子６と同様のメタライズ層とロウ材による接合構造によって接合され、金属枠体１２上にコバール等から成る金属蓋体２がシーム溶接等により接合される。この場合、金属枠体１２表面にはＮｉメッキ膜，Ａｕメッキ膜等の金属メッキ膜が被着されており、この金属メッキ膜は容器本体１の接地電極（図示せず）に接続されている。
【０００５】
そして、容器本体１の載置部１ａに光半導体素子３を、シリコン等から成る基板４を介して接着固定し、光半導体素子３の入出力電極等の各電極をボンディングワイヤ７を介して容器本体１内面の配線導体５に接続し、次に容器本体１の上部に金属枠体１２を介して金属蓋体２を接合し、容器本体１と金属蓋体２とからなる容器内部に光半導体素子３を気密に収納する。最後に、容器本体１側壁の光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の端部をレーザ光線照射等によって溶着接合させ、光ファイバ９を容器本体１に固定することにより光半導体装置となる。
【０００６】
かかる光半導体装置は、例えば光ファイバ９から伝送された光信号を光半導体素子３によって受光し、電気信号に変換した後、外部の信号処理回路等に出力することによって、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用の光電変換装置として機能するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光パッケージにおいては、図２に示すように全てのリード端子６の接合部が同一面に配置されるため、光半導体素子３から出力される電気信号を伝送させる信号用リード端子６と、接地用リード端子６との間で容量結合が生じ易く、その結果信号用リード端子６と接地用リード端子６間に不要な電気的容量（キャパシタ）を並列的に挿入した回路と等価になる。
【０００８】
また、図２（ａ）のようにリード端子６の接合部が容器本体１の底面にある構成では、容器本体１の側壁上面のメタライズ層と、容器本体１の底面の接地用リード端子６が接合される接地電極用のメタライズ層とが、光パッケージ全体の接地電極（ケースグランド）であることから、これらのメタライズ層が内部の光半導体素子３の電位とで平行平板型のキャパシタを形成することになり、その結果リード端子６の接合部に不要なキャパシタを接続した構成となる。
【０００９】
すると、光ファイバ９から光半導体素子３に伝達された光信号が電気信号に変換され、光パッケージ外の信号処理回路に伝送される際に、信号用のリード端子６の寄生容量が大きいと電気信号への変換速度（応答速度）が小さくなって信号が遅延し、高速処理ができなくなるという問題があった。
【００１０】
一般に、前記応答速度はフォトダイオードの立ち上がり時間に相当し、フォトダイオード部の電気的回路構成は図４に示すようなＲ（抵抗），Ｃ（電気的容量）を有する等価回路で表される。なお、同図において交流電源部はフォトダイオードに相当する。この等価回路によると、Ｒ，Ｃの時定数による立ち上がり時間が０％から６３％になる時間ｔはｔ≒２．１９ＲＣで表され、Ｃが大きいと時間ｔが長くなる。このＣは、フォトダイオード内の電気的容量ばかりでなく、光パッケージで発生する電気的容量も含むことから、リード端子６の寄生容量も立ち上がり時間の遅延に大きく関係している。
【００１１】
また、図２のような従来の光パッケージの構成では、リード端子６の寄生容量は０．４ｐＦ程度であることが確認されており、これは図４の等価回路によるフォトダイオードの立ち上がり時間に変換すると約０．８７ｎｓとなる。一般には、０．５ｎｓ以下が高速処理用として有効とされており、このため上記従来の光パッケージは高速処理用には不向きであった。
【００１２】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度（応答速度）を向上させ、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有用なものとすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、電気絶縁材料から成り、上面の開口に金属蓋体が接合されて内部に光半導体素子を収納する略直方体の容器を構成する容器本体と、該容器本体の第１の側壁に設けた貫通孔に接合された筒状の光ファイバ固定部材と、前記容器本体の第２の側壁および前記容器本体の底面に設置された複数のリード端子とを具備して成り、該複数のリード端子は、信号用リード端子と接地用リード端子とをそれぞれ前記第２の側壁と前記底面とに分けて設置するとともに前記信号用リード端子の両側に前記接地用リード端子を並設したことを特徴とする。
また本発明の光半導体装置は、上記光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を収納したことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明は、上記構成により、信号用リード端子の容器本体との接合部と接地用リード端子の容器本体との接合部とが、平行して隣接していないため、これらの間で容量結合が発生せず、光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度（応答速度）が向上し、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有効なものとなる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、信号用リード端子を第２の側壁に設置し、接地用リード端子を底面に接合させた構成とする。このような構成により、信号用リード端子の容器本体との接合部と接地用リード端子の容器本体との接合部とが容量結合せず、さらに光パッケージの上面で金属枠体を介して金属蓋体を接合するためのメタライズ層と、光パッケージの底面に形成された接地電極用のメタライズ層との間で形成されるキャパシタの影響を、信号用リード端子の接合部が受けることがなくなるため、さらに応答速度が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の光パッケージについて以下に説明する。図１は本発明の光パッケージＰを示し、（ａ）は光パッケージＰの側面図、（ｂ）は光パッケージＰの正面図である。同図において、１は、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）セラミックス等のセラミックス，プラスチックなどの電気絶縁材料から成りかつ内部に光半導体素子を収納する略直方体の光パッケージＰの容器本体、２は、コバール等から成り、容器本体１の上面の開口に金属枠体１２を介してシーム溶接等により接合される金属蓋体、５は、信号用リード端子６ａを容器本体１の第２の側壁Ｓ２，Ｓ２に接合するためのメタライズ層から成る配線導体、６ａは、光ファイバ固定部材８が接合される容器本体１の第１の側壁Ｓ１に隣接しかつ対向し合う第２の側壁Ｓ２，Ｓ２に接続された信号用リード端子、６ｂは、容器本体１の底面に接続された接地用リード端子であり、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは前記第２の側壁Ｓ２，Ｓ２の延長面に沿って下方に延びるように設置される。
【００１７】
また、８は、容器本体１の第１の側壁Ｓ１に形成された貫通孔に接合され、外部より挿入された光ファイバと内部の光半導体素子とを光学的に結合させる円筒状の光ファイバ固定部材、１２は、コバール等から成り容器本体１の側壁上面にメタライズ層および金属ロウ材を介して接合される金属枠体であり、金属枠体１２接合用の前記メタライズ層は、容器本体１の接地電位用の接地電極（ケースグランドであり、図示せず）に接合されている。また１３は、容器本体１の底面に形成され、接地用リード端子６ｂが接続される接地電極であり、容器本体１のケースグランドに接合されている。従って、容器本体１の上部と底面とは接地電位を形成することになる。なお、配線導体５と接地電極１３とは接続（短絡）されないように形成されることはいうまでもない。
【００１８】
本発明において、信号用リード端子６ａの容器本体１との接合部と接地用リード端子６ｂの容器本体１との接合部とを、それぞれ第２の側壁Ｓ２，Ｓ２と底面とに分けて設けるが、接合部以外では信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとは平行に隣接した状態であるため、ある程度容量結合している。従って、容量結合成分を小さくするには、信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとの間隔を大きくすることと、それらの接合部を長くすることが好ましい。そして、信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとの間隔は、１．０ｍｍ以上とするのが良く、１．０ｍｍ未満では容量結合による電気的容量値が上昇し始める。
【００１９】
また、図１に示すように、信号用リード端子６ａの両側に接地用リード端子６ｂがあるのが良く、この場合、より高周波の信号が伝送されると信号用リード端子６ａから空間に放射される成分が大きくなるが、信号用リード端子６ａの両側に接地用リード端子６ｂが存在することで疑似的な同軸線路構造を構成でき、空間放射成分を抑制して低損失で信号を伝送できる。
【００２０】
さらに、信号用リード端子６ａの接合部および接地用リード端子６ｂの接合部に相当するメタライズ層の面積をできるだけ小さくすることによって、電気的容量の低い構造とすることができ、これらの接合部の外形輪郭より幅０．１５〜０．２０ｍｍ分大きな外形輪郭を有するメタライズ層とするのが良い。この場合、信号用リード端子６ａ単体分および接地用リード端子６ｂ単体分の電気的容量値と同程度となる。前記幅が０．２０ｍｍを超えると電気的容量値が上がり始め、０．１５ｍｍ未満では接合強度が劣化する。
【００２１】
本発明において、配線導体５用、接地電極１３用、光ファイバ固定部材８接合用、および金属枠体１２接合用のメタライズ層は、公知のＷ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属の粉末を含有する金属ペーストを塗布焼成したもの、またはＴｉ層，Ｐｔ層，Ａｕ層の３層をスパッタリング法等の薄膜形成法により順次成膜したものから成る。上記金属ペーストの場合、Ｗ粉末やＭｎ粉末等の金属粉末に有機樹脂バインダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、容器本体１用のセラミックグリーンシートに公知のスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布しておき焼成することで、所定位置に被着形成される。そして、金属ペーストを塗布焼成したものの場合、さらにＮｉメッキ層を施し、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金ロウ材により他の金属部材を接合するか、またはＮｉメッキ層，Ａｕメッキ層を施し、Ａｕ−Ｓｎ合金ロウ材により他の金属部材を接合する。また、Ｔｉ層，Ｐｔ層，Ａｕ層の３層をスパッタリング法により成膜したものの場合、Ａｕ−Ｓｎ合金ロウ材により他の金属部材を接合する。
【００２２】
なお、上記Ｎｉメッキ層，Ａｕメッキ層は、耐蝕性を付与するとともに接合強度を向上させるものであり、Ｎｉメッキ層の場合厚さ２〜６μｍ、Ａｕメッキ層の場合厚さ０．５〜５μｍ程度が良く、この厚さ範囲内であればメタライズ層の酸化腐食を有効に防止して高い接合強度が得られる。
【００２３】
また、信号用リード端子６ａに接続される配線導体５用のメタライズ層、および接地用リード端子６ｂに接続される接地電極１３用のメタライズ層は、容器本体１の表面および内部を貫通し引き回すようにパターン形成され、それらの一端側は、光半導体素子の電極にボンディングワイヤを介して接続される。そして、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは、外部の信号処理回路等用の回路基板に接続される。また、信号用リード端子６ａ，接地用リード端子６ｂは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る板材に打ち抜き加工，エッチング加工等を施すことにより所定形状に形成される。これらの信号用リード端子６ａ，接地用リード端子６ｂの表面には、耐蝕性に優れかつ金属ロウ材および半田と濡れ性の良好なＮｉメッキ層，Ａｕメッキ層等の金属メッキ層を１〜２０μｍの厚さで被着させるのが良く、この厚さ範囲内であれば信号用リード端子６ａ，接地用リード端子６ｂの酸化腐食を有効に防止して高い接合強度が得られる。
【００２４】
さらに、容器本体１の第１の側壁Ｓ１には、光ファイバを固定する円筒状の光ファイバ固定部材８が接合されるように取着される。この光ファイバ固定部材８の外側端部には、図３に示すように、光ファイバの端部を貫通孔に挿入固定するためのフランジ部材１ｃを金属ロウ材，接着剤または溶接等により接合し、これにより光半導体素子と光ファイバとの光軸を合致させた状態で光学的に結合させて固定する。
【００２５】
上記実施形態では、容器本体１の第２の側壁Ｓ２，Ｓ２に信号用リード端子６ａを、底面に接地用リード端子６ｂをそれぞれ接合しているが、これらの接合を互いに逆にの面に接合しても低電気的容量構造とし得る。また、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは前記第２の側壁Ｓ２，Ｓ２の延長面に沿って下方に延びるように設置されているが、容器本体１の底面の延長面に沿って側方（水平方向）に延びるように設置しても良い。あるいは、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは、第２の側壁Ｓ２，Ｓ２の延長面に沿った下方または底面の延長面に沿った側方以外の方向に、平行して延びるように設けることも可能である。さらに、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂの接合部付近の根元部分を切断して、フリップチップ接合と同様の接合構造で他の回路基板等に搭載することもできる。
【００２６】
かくして、本発明は、信号用リード端子の容器本体との接合部と接地用リード端子の容器本体との接合部とが、平行して隣接していないため、これらの間で容量結合が発生せず、その結果光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度が向上し、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有効なものとなる。
【００２７】
例えば、図１の構成の場合、信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとの間に生じる電気的容量値を０．２ｐＦ以下に低減することができ、その結果光半導体素子の応答時間を０．５ｎｓ以下にすることが可能である。
【００２８】
尚、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行っても何等差し支えない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、電気絶縁材料から成り、上面の開口に金属蓋体が接合されて内部に光半導体素子を収納する略直方体の容器を構成する容器本体と、容器本体の第１の側壁に設けた貫通孔に接合された筒状の光ファイバ固定部材と、容器本体の底面に形成された接地電極と、容器本体の第２の側壁および容器本体の底面に設置された複数のリード端子とを具備して成り、複数のリード端子は、信号用リード端子と接地用リード端子とをそれぞれ第２の側壁と底面とに分けて設置したことにより、信号用リード端子の接合部と接地用リード端子の接合部が平行して隣接していないため、これらの間で容量結合が発生せず、光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度が向上し、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光パッケージを示し、（ａ）は光パッケージの側面図、（ｂ）は光パッケージの正面図である。
【図２】従来の光パッケージを示し、（ａ）はリード端子の接合部を光パッケージの底面に配置したものの斜視図、（ｂ）はリード端子の接合部を光パッケージの側壁に配置したものの斜視図である。
【図３】従来の光パッケージの側断面図である。
【図４】光半導体素子部の等価回路図である。
【符号の説明】
１：光パッケージの本体
２：金属蓋体
５：配線導体
６ａ：信号用リード端子
６ｂ：接地用リード端子
８：光ファイバ固定部材
１２：金属枠体
１３：接地電極
【図１】
0003670530.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003670530.tif 000004
【図４】
0003670530.tif 000005