(57)【要約】  本発明の光半導体素子パッケージは、基体と枠部材と蓋部材とを備え、蓋部材の内面に光吸収部材を設けている。基体は、光半導体素子が載置される載置領域を含む第１の面を有する板状である。枠部材は、載置領域を囲むように前記第１の面に設けられる。蓋部材は、枠部材に接合され、載置領域を覆う板状である。光吸収部材は、蓋部材の、載置領域に臨む第２の面に設けられる光吸収部材であって、表面に複数の凹部が設けられている。
2017073538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子が載置される載置領域を含む第１の面を有する板状の基体と、
前記載置領域を囲むように前記第１の面に設けられる枠部材と、
前記枠部材に接合され、前記載置領域を覆う板状の蓋部材と、
前記蓋部材の、前記載置領域に臨む第２の面に設けられ、表面に複数の凹部が設けられた光吸収部材と、を備えることを特徴とする光半導体素子パッケージ。
【請求項２】
前記光吸収部材は、ガラスと、該ガラス中に分散された黒色無機顔料と、を含むことを特徴とする請求項１記載の光半導体素子パッケージ。
【請求項３】
前記凹部の開口形状が、円形状であることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体素子パッケージ。
【請求項４】
前記複数の凹部は、矩形格子状または斜方格子状に配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光半導体素子パッケージ。
【請求項５】
前記蓋部材は、前記載置領域に臨む面に設けられた複数の蓋面凹部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光半導体素子パッケージ。
【請求項６】
前記蓋部材を前記第２の面に直交する視点から視たときに、前記光吸収部材に設けられた前記複数の凹部と、前記蓋部材に設けられた前記複数の蓋面凹部とは、それぞれ対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項５記載の光半導体素子パッケージ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光半導体素子パッケージと、
前記載置領域に載置された光半導体素子と、を備えることを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子を収納する光半導体素子パッケージおよび光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＤ（LaserDiode：レーザダイオード）、ＰＤ（PhotoDiode：フォトダイオード）に代表される光半導体素子は、光半導体素子を保護するとともに、光半導体素子と外部の信号配線とを電気的に接続するために、また、光半導体素子と外部の光ファイバとを光接続するために光半導体素子パッケージに収納される。光半導体素子から出射された光は、光半導体素子パッケージの各部材などで不要に反射され、反射された光が迷光として受光素子で受光されてしまうおそれがある。【０００３】
特開２００２−２６４３９号公報記載の半導体発光素子は、半導体光チップの台座正面に粗目加工を施し、その加工面に光吸収膜を設け、戻り光が迷光となることを抑制している。また、特開２００２−２６４３９号公報記載の半導体発光素子は、台座正面という比較的小さな面に迷光抑制のための構成が設けられているだけで、戻り光が台座正面に向かわなかった場合には、迷光を抑制することが難しい。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の一態様の光半導体素子パッケージは、基体と、枠部材と、蓋部材と、光吸収部材とを備えている。基体は、光半導体素子が載置される載置領域を含む第１の面を有する板状である。枠部材は、載置領域を囲むように前記第１の面に設けられる。蓋部材は、枠部材に接合され、載置領域を覆う板状である。光吸収部材は、蓋部材の、載置領域に臨む第２の面に設けられる光吸収部材であって、表面に複数の凹部が設けられている。
【０００５】
また、本発明の一態様の光半導体装置は、上記の光半導体素子パッケージと、前記載置領域に載置された光半導体素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態である光半導体素子パッケージ１を備える光半導体装置１０の構成を示す概略図である。
【図２】(ａ)，（ｂ）は光半導体装置１０の断面図である。
【図３】蓋部材４および光吸収部材５の一部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図４】(ａ)，（ｂ）は光吸収部材５表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。
【図５】蓋部材４Ａおよび光吸収部材５Ａの一部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図６】(ａ)，（ｂ）は光吸収部材５Ａ表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、本発明の実施形態である光半導体素子パッケージ１を備える光半導体装置１０の構成を示す概略図である。図２は、光半導体装置１０の断面図である。
【０００８】
光半導体素子パッケージ１は、基体２と枠部材３と蓋部材４と光吸収部材５とを備える。光半導体素子パッケージ１は、その内部に光半導体素子１１を収納し、光電変換機能を有する光半導体装置１０を構成するものである。本実施形態では、光半導体素子パッケージ１に収納される光半導体素子１１は、発光素子であるＬＤ（レーザダイオード）である。
【０００９】
基体２は、矩形板状に形成されており、第１の面２ａに光半導体素子１１を載置可能な載置領域２ｂを有している。この載置領域２ｂは、光半導体素子パッケージ１に収納される光半導体素子１１を載置し、光半導体素子を基体２の表面に固定するための領域である。
【００１０】
本実施形態の基体２は、複数の絶縁性基板を積層することにより作製されてもよい。そして、基体２の載置領域２ｂ上に光半導体素子１１が載置される。絶縁性基板としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料を用いることができる。
【００１１】
基体２の作製方法の一例を説明する。上記材料のセラミック粉末またはガラス粉末およびセラミック粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合部材を作製する。この混合部材をシート状に成形することにより複数のセラミックグリーンシートを作製する。作製された複数のセラミックグリーンシートを積層することにより積層体を作製する。積層体を約１６００℃の温度で焼成することにより基体２が作製される。
【００１２】
なお、基体２としては、複数の絶縁性基板が積層された構成に限られるものではない。一つの絶縁性基板により基体２が構成されていてもよい。また、基体２として、少なくとも光半導体素子１１が載置される載置領域２ｂの部分に高い絶縁性を有していることが求められる。このことから、例えば、金属基板の少なくとも載置領域２ｂ上に絶縁性基板を積層した構成としてもよい。特に、基体２に対して高い放熱性が求められる場合、金属部材は高い放熱性を有していることから、基体２がこのような構成であることがよい。基体２は、金属基板上に絶縁性基板を積層した構成とされることで、金属基板と光半導体素子１１との絶縁性を保ちつつ基体２の放熱性を高めることができる。また、ペルチェ素子を絶縁性基板に代えてまたは絶縁性基板上に載置してもよい。
【００１３】
金属基板の材料としては、具体的には、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデンまたはタングステンのような金属、あるいはこれらの金属の合金、たとえば銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金、鉄−ニッケル−コバルト合金などを用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって基体２を構成する金属基板を作製することができる。作製した金属基板の載置領域２ｂ上に、別途作製した絶縁性基板またはペルチェ素子等をろう材や半田などの接合材で接合して基体２を得る。
【００１４】
枠部材３は、矩形枠状の枠本体３０と、枠本体３０の対向する側壁に設けられるセラミックス材料からなる誘電体層３１と、光半導体素子１１と電気的に接続する接続端子３２とを有している。枠本体３０は、基体２の第１の面２ａに直交する視点から視たときに基体２の載置領域２ｂを取り囲んで基体２の第１の面２ａに設けられている。枠本体３０は、載置領域２ｂを取り囲んでいればよい。枠本体３０の内側において、載置領域２ｂは、中央部分にあってもよく、その他の部分にあってもよい。また、基体２は、本実施形態のように、基体２の第１の面が枠本体３０よりも大きく、延出する部分があってもよく、枠本体３０とほぼ同じ外形状を有していてもよい。
【００１５】
枠本体３０は、金属材料からなり、例えば、基体２と同様の鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトおよびタングステンのような金属部材、あるいはこれらの金属からなる合金を用いることができる。このような金属部材のインゴットに切削加工法、金型加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって金属部材からなる枠本体３０を作製することができる。また、枠本体３０としてセラミック材料を用いてもよい。また、枠本体３０は、一種の材料からなっていてもよいが、複数種の材料が積層された構造であってもよい。
【００１６】
本実施形態では、光半導体素子１１を用いるため、枠本体３０には、光が透過するための貫通孔３０ａが設けられている。光半導体素子１１が出力する光信号は、貫通孔３０ａを透過して光半導体装置１０の外部に出力される。貫通孔３０ａに光ファイバの入力端部を挿通し、光半導体素子１１から出射される光を光ファイバに入力してもよく、光ファイバの入力端部を貫通孔３０ａの外方で固定し、光半導体素子１１から出射される光を、貫通孔３０ａを透過させて外部の光ファイバに入力してもよい。
【００１７】
枠本体３０の側壁には長孔が形成され、この長孔を塞ぐように誘電体層３１が枠本体３０の側壁に取り付けられる。誘電体層３１は、１つの層で構成されていてもよく、複数の層が積層されて構成されていてもよい。接続端子３２は、誘電体層３１を貫通するように設けられ、枠本体３０の枠内から枠外へまたは枠外から枠内へと電気信号を入出力させる。
【００１８】
接続端子３２の第１端部は枠内に位置し、基体２の載置領域２ｂに載置された光半導体素子１１やその他の電子部品等と枠内で電気的に接続される。接続端子３２の第２端部は、枠外に位置し、外部の実装基板などと電気的に接続される。接続端子３２は、誘電体層３１の１つの層間に設けられて誘電体層３１を貫通する構成に限らず、ビア導体などの層間接続導体などを用いて複数の層間にわたって設けられていてもよい。
【００１９】
誘電体層３１は、基体２で説明した絶縁性基板と同様のセラミック材料から構成される。接続端子３２は、金、銀、銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびマンガンなどの金属材料からなる。接続端子３２は、誘電体層３１の表層または内層にメタライズ層やめっき層等の形態で同時焼成されたり、金属めっきされてなるものでもよい。また、接続端子３２は、枠外に接続されたリード端子として接続されたものでもよい。リード端子は、金属材料の線材が所定の形状に加工されて作製されたものである。そして、リード端子は、誘電体層３１の表層に設けられためっき層にろう材等の接合材を介して接合されて接続されていてもよい。
【００２０】
接続端子３２は、例えば誘電体層３１との同時焼成が可能な金属材料からなるメタライズ層や、メタライズ層の表面に施されためっき層に限らず、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属合金が所定のリード端子の形状に加工されたものである。そして、リード端子からなる接続端子３２は、誘電体層３１の表層に設けられたメタライズ層の表面に施されためっき層にろう材で接合される。
【００２１】
誘電体層３１が、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製することができる。まず酸化アルミニウムの原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形して矩形シート状の複数のセラミックグリーンシートを作製する。次にこれらのセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を約１６００℃の温度で焼成することによって誘電体層３１を作製することができる。なお、セラミックグリーンシートは必ずしも複数層を積層する必要はない。誘電体層３１は、誘電体層３１としての機械的な強度等の点で支障がなければ、セラミックグリーンシート１層のみで作製しても構わない。
【００２２】
また、誘電体層３１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、接続端子３２は、例えばタングステンを含んでなり、次のようにして作製することができる。タングステンの粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体層３１となるセラミックグリーンシートの表面（第１の面）に、所定のパターン形状となるように、スクリーン印刷法等の方法で印刷する。その後、これらのセラミックグリーンシートおよび金属ペーストを同時焼成する方法で、接続端子３２を形成することができる。
【００２３】
また、接続端子３２が層間接続導体を含む場合も、上記と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。層間接続導体の場合には、予め誘電体層３１となるセラミックグリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を設けておいて、この貫通孔内に金属ペーストを充填し、セラミックグリーンシートおよび金属ペーストを同時焼成すればよい。
【００２４】
光半導体素子１１と接続端子３２との接続は、電気信号が伝送できればどのような接続でもよい。例えば、光半導体素子１１および枠本体３０の枠内に位置する接続端子３２と配線基板１４に設けられた配線導体との電気的な接続は、ボンディングワイヤによる接続、フリップチップ接続、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）による接続などの電気接続部材（図示せず）による接続であってもよい。
【００２５】
蓋部材４は、枠本体３０の上面に半田などの接合材によって接合固定される。光半導体装置１０を組み立てる場合、基体２の載置領域２ｂ上にマウント部材１５を介して設置された配線基板１４に光半導体素子１１を実装して基体２に固定し、光半導体素子１１と接続端子３２とを配線基板１４を介して電気的に接続する。そして、光半導体素子１１との間で光信号が入出力されるように光ファイバを貫通孔３０ａに固定する。その後、蓋部材４を枠本体３０に接合固定する。蓋部材４の枠本体３０への接合固定は、たとえばシーム溶接などによって行なってもよい。
【００２６】
蓋部材４は、光半導体装置１０の内部に水分や微粒子などの侵入を防止できるものであればよい。例えば、枠本体３０と同様の金属材料や誘電体層３１と同様のセラミックス材料などを板状に加工、成形したものを用いることができる。
【００２７】
ここで、光半導体素子１１は、光ファイバの光軸上に配置する必要がある。このため、基体２に光半導体素子１１を直接載置せず、マウント部材１５を基体２の載置領域２ｂに固定する。そして、このマウント部材１５の第３の面に設けられた配線基板１４を介して載置し、電気的に接続さることがよい。マウント部材１５は、絶縁性を有する材料や金属材料であってもよく、基体２で説明した絶縁性基板と同様のセラミックス材料や金属基板と同様の金属材料、ペルチェ素子などを用いることができる。
【００２８】
本実施形態のように光半導体素子１１が発光素子である場合、発光素子から出射される光をモニターするための受光素子１３も光半導体素子１１と同様に配線基板１４に電気的に接続され、光半導体素子パッケージ１内に収納される。また、発光素子から出射される光を集光して光ファイバに入力するために光学レンズなどの光学部材１２も光半導体素子パッケージ１内に収納される。
【００２９】
発光素子は、内部で発生した光を素子の一端面で反射させて対向する他端面から特定の方向に光を出射するように構成されている。光を反射させる一端面において一部の光を透過させることによって、光の出射方向とは反対の方向に一部の光を出射させることができる。この一部の光を受光素子１３によって受光させ、発光素子からの出射光をモニターしている。したがって、発光素子である光半導体素子１１と受光素子１３と光学部材１２とは、光半導体素子１１の出射光の光軸上に並んで配置され、受光素子１３は、光半導体素子１１を挟んで光学部材１２とは反対側に設けられる。
【００３０】
受光素子１３が発光素子からの出射光を受光することにより出力される電気信号は、モニター信号として、配線基板１４、電気接続部材および接続端子３２を介して光半導体素子パッケージ１の外部に出力される。外部に設けられた制御部は、モニター信号に基づき発光素子の動作を監視し、発光素子に供給する電流値などを適宜変更する。本実施形態では、光半導体素子１１と受光素子１３とは、上記のように半田やボンディングワイヤ等の電気接続部材を介してマウント部材１５上の配線基板１４に実装されている。接続端子３２と光半導体素子１１との電気的接続、および接続端子３２と受光素子１３との電気的接続は、直接的な接続でもよく、配線基板１４を介した間接的な接続であってもよい。
【００３１】
発光素子から出射された光は、一部の光が光学部材１２の表面で反射したり、光学部材１２を通過した光の一部が光ファイバの入力端部表面で反射したりして、いわゆる迷光となる場合がある。この迷光は、例えば枠本体３０の内面、蓋部材４の内面、基体２の一方第１の面２ａで反射を繰り返し、受光素子１３に入射する場合がある。受光素子１３が、本来受光すべき、発光素子からの直接の光とは異なる光を受光してしまうと、受光素子１３から出力されるモニター信号に誤った光による、誤った出力が重畳されてしまうことになる。この場合には、モニター信号によって制御される発光素子を誤動作させてしまう虞がある。
【００３２】
本実施形態の光半導体素子パッケージ１は、蓋部材４の平坦な内面４ａ、すなわち蓋部材４の、載置領域２ｂに臨む平坦面に光吸収部材５を設けている。光吸収部材５を設けることにより、光学部材１２の表面や光ファイバの入力端部表面、枠本体３０の内面や基体２の第１の面２ａなどで反射を繰り返しながら蓋部材４に向かう迷光を吸収することができる。その結果、本実施形態の蓋部材４は、光半導体素子パッケージ１内の迷光を低減することができる。これによって、例えば、受光素子１３が誤って受光してしまう、ノイズの原因となる光を低減することができ、光半導体装置１０を作動する際に生じる光半導体素子１１の誤動作を抑制することができる。
【００３３】
光吸収部材５は、多くの迷光を吸収するために、蓋部材４の内面４ａ（第２の面）のなるべく広い範囲にわたって設けることがよい。また、光半導体素子パッケージ１内の収納空間を縮小しないように、厚みは薄いほうがよい。したがって、光吸収部材５は、蓋部材４の内面４ａに層状の部材として設けられることがよい。また、この層状の光吸収部材５の表面には複数の凹部５ａが設けられている。
【００３４】
光吸収部材５の層厚みは、光吸収部材５を構成する材料の光吸収能力にもよるが、例えば０．０１ｍｍ〜１ｍｍであれば、蓋部材４に向かう迷光を十分に吸収することができる。層厚みが０．０１ｍｍ以下だと薄過ぎて迷光が光吸収部材５を透過してしまい、光吸収能力が得られない可能性がある。層厚みが１ｍｍ以上だと光半導体素子パッケージ１内の収納空間が小さくなることから、光半導体装置１０の小型化が困難となる。さらに、蓋部材４と光吸収部材５との間の熱膨張係数差に起因した熱応力が大きくなり、光吸収部材５が変形したり、裂けたり、剥離したりするおそれが生じる。そして、蓋部材４によるパッケージの封止性能や迷光を吸収する性能に影響を与えるおそれがある。
【００３５】
図３は、蓋部材４および光吸収部材５の一部を拡大して模式的に示す断面図である。光吸収部材５は、吸収部材本体５０と、この吸収部材本体５０に分散された光吸収体５１とを含んで構成される。吸収部材本体５０は、例えば、ガラス等の無機材料または光透過性の樹脂等の有機材料からなる。
【００３６】
吸収部材本体５０がガラス等の無機材料からなる場合には、光吸収体５１を表面または内部に担持可能で、迷光に対して光透過性であることがよく、分散された黒色無機顔料５１に迷光を到達させることができる。また、光半導体装置１０の製造時および動作時などの温度上昇によって、発光素子からの光に対する透過率などの特性の変化が無い材料を用いることがよい。このような無機材料からなるガラス材としては、例えば、ホウ酸塩ガラス（Ｂ２Ｏ３系、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系、Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系等）、リン酸塩ガラス（Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系、Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系等）やリン酸スズ亜鉛ガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ−ＺｎＯ系等）や、ホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＢａＯ−Ｎａ２Ｏ系等）等のガラス材、ＳｉＯ２−ＢａＯ−ＺｎＯ系、ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系などのガラス材を用いることができる。これらの中でもＳｉＯ２−ＢａＯ−ＺｎＯ系ガラス材を用いることがよい。
【００３７】
吸収部材本体５０が樹脂等の有機材料からなる場合には、ガラス材と同じく、光吸収体５１を表面または内部に担持可能で、迷光に対して光透過性であって、光半導体装置１０の製造時および動作時などの温度上昇によって、発光素子からの光に対する透過率などの特性の変化が無い材料であればよく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。
【００３８】
光吸収体５１は、迷光となる発光素子から出射された光を吸収可能な材料であって、吸収部材本体５０を構成する材料内に分散可能なものであればよい。吸収部材本体５０が有機材料からなる場合、または、吸収部材本体５０がガラス等の無機材料からなる場合、何れの場合も光吸収体５１として、例えば、黒色無機顔料の微粒子等を用いることができる。
【００３９】
黒色無機顔料としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素系顔料、チタンブラックなどの窒化物系顔料、Ｃｒ−Ｆｅ−Ｃｏ系、Ｃｕ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｍｎ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系等の金属酸化物系顔料などを用いることができる。これらの中でもＣｒ−Ｆｅ−Ｃｏ系顔料、具体的にはＣｒ２Ｏ３−ＦｅＯ−ＣｏＯ系顔料を用いることがよい。黒色無機顔料は、粒子状であり、例えば、平均粒子径が、１０〜２００ｎｍであり、１０〜１００ｎｍであるのがよい。
【００４０】
吸収部材本体５０が有機材料からなる場合、半導体素子の動作時に発生するジュール熱によって、有機材料の一部が分解してガス化したり、含有される低沸点成分がガス化することがある。ガス化によって生じた成分が光半導体素子１１や受光素子１３、光学部材１２などに付着すると、素子や部材における光の透過率などの特性変化を引き起こし、素子や部材の特性劣化や、光学部材１２を介した光半導体素子１１と光ファイバとの光結合効率の低下、光半導体素子１１や受光素子１３の誤動作などの原因となる。したがって、ガスが生じない吸収部材本体５０と光吸収体５１とは、いずれも無機材料からなることがよい。例えば、上記のように光吸収部材５が、ガラスと黒色無機顔料とからなることがよい。
【００４１】
層状に設けられた光吸収部材５の表面に複数の凹部５ａが設けられることにより、蓋部材４に向かう迷光が入射する面は、凹部５ａの内周面と、凹部５ａを除いた平坦面となる。迷光の入射角は不定であり、どのような角度で光吸収部材５の表面から内部に入射されるか予測できないものである。このため、凹部５ａの内周面に入射する迷光には、光吸収部材５の内部にそのまま入射されて進入するものと、凹部５ａの内周面で反射されるものとがある。内部に進入した光は、光吸収部材５内で光吸収体５１に到達するとともに入射して吸収される。
【００４２】
凹部５ａの内周面で反射された反射光は、同じ凹部５ａの内周面の異なる位置において再度入射する機会が生じる。即ち、凹部５ａの内周面で反射され、再度、凹部５ａの内周
面に到達し、光吸収部材５の内部に入射されて進入した迷光の一部は、光吸収部材５内で光吸収体５１に到達するとともに入射して吸収される。このように、光吸収部材５の表面に複数の凹部５ａが設けられていることにより、迷光が凹部５ａから光吸収部材５の内部に入射されて進入する可能性が高くなり、光吸収体５１に吸収される機会が増加する。したがって、蓋部材４は、光吸収部材５による迷光の吸収量が増加する。このように、凹部５ａに入射した迷光は、光吸収体５１に吸収される機会が増加する。
【００４３】
これにより、光半導体装置１０は、光半導体素子パッケージ１内の迷光を効率的に低減することができる。そして、動作信頼性および長期信頼性の高い光半導体素子パッケージ１および光半導体装置１０を提供することができる。
【００４４】
図４は、蓋部材４の内面４ａを内面４ａ（第２の面）に直交する位置から見た図であり、光吸収部材５表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。図４（ａ）は、凹部５ａを矩形格子状に配設した例を示し、図４（ｂ）は、凹部５ａを斜方格子状に配設した例を示す。
【００４５】
凹部５ａの開口形状は、三角形、矩形、多角形または楕円形を含む円形のいずれであってもよいが、円形または楕円形がよい。光吸収部材５の表面に対して迷光が入射する方向は不定であり、どのような角度で光吸収部材５の表面から内部に入射されるか予測できないものである。このため、開口形状が円形であることで、迷光がどのような方向から入射しても凹部５ａの内周面には同じように入射する。これにより、迷光が入射する方向に依存する、光吸収部材５の迷光の吸収量のばらつきが生じず、蓋部材４は、安定して迷光を吸収することができる。
【００４６】
さらに、円形または楕円形の場合、内周面に角が無いので、蓋部材４と光吸収部材５との間の熱膨張係数差に起因した熱応力が凹部５ａの一部内周面に集中することを抑制できる。その結果、凹部５ａの一部に熱応力が集中することに起因するクラックが光吸収部材５に生じるのを抑制することができる。
【００４７】
凹部５ａの開口形状が円形状である場合、この円形開口の直径Ｄ１は、例えば、０．２ｍｍ〜１ｍｍである。また、各凹部５ａの開口面積をｓとし、凹部５ａの個数をｎとしたとき、全凹部５ａの開口面積ＳはＳ＝ｓ×ｎで表される。光吸収部材５の表面を平坦面としたときの表面の面積をＳ０とすると、面積Ｓ０に対する全凹部５ａの開口面積Ｓの割合であるＳ／Ｓ０が、例えば、０．１〜０．６とすることがよい。
【００４８】
これにより、光吸収部材５に到達する迷光は、凹部５ａに入射されやすく、実用的な光吸収部材５とできる。開口面積の割合を０．６よりも大きくすると、凹部５ａ間の光吸収部材５の肉厚が薄くなり、この部分の機械的強度が弱くなり、熱応力に起因するクラックが光吸収部材５に生じやすい傾向がある。
【００４９】
さらに、円形開口の直径Ｄ１は、凹部５ａの深さをＨ１とする場合、Ｄ１≧Ｈ１×２であることがよい。例えば、凹部５ａの開口直径Ｄ１が０．２ｍｍの場合、深さＨ１は、０．１ｍｍより浅く、開口直径が１ｍｍの場合、深さＨ１は０．５ｍｍより浅い。これにより、光吸収部材５に到達する迷光は、凹部５ａに入射されやすくなる。また、凹部５ａの加工も容易になる。
【００５０】
図４（ａ）に示すような矩形格子状に凹部５ａを配設した場合、矩形格子の縦横の長さ、すなわち、凹部５ａの縦方向の中心間距離であるピッチＰ１および横方向の中心間距離であるピッチＰ２は、例えば、Ｐ１が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、Ｐ２が０．３ｍｍ〜２ｍｍである。なお、Ｐ１とＰ２とは、いずれかが大きくてもよいが、凹部５ａが図４（ａ）に示されるような円形の場合は、Ｐ１＝Ｐ２である正方格子状に配設することが細密に配設できるのでよい。
【００５１】
また、図４（ｂ）に示すような菱形格子状に凹部５ａを配設した場合、菱形格子の一辺の長さ、すなわち、凹部５ａの斜め方向のピッチＰ３およびＰ４は、例えば、Ｐ３が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、Ｐ４が０．３ｍｍ〜２ｍｍである。なお、Ｐ３とＰ４とは、いずれかが大きくてもよいが、Ｐ３＝Ｐ４である菱形格子状に配設することがよい。これにより、前述と同様に、吸収部材本体５０や凹部５ａの一部に熱応力が偏ることや、集中することを抑制することができる。
【００５２】
光吸収部材５の作製方法の一例を説明する。本例では、吸収部材本体５０がガラスで、光吸収体５１が黒色無機顔料粉末である。上記材料のガラス粉末および黒色無機顔料粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合ペーストを作製する。この混合ペーストを予め作製された蓋部材４の内面４ａ上に印刷法によって層状パターンを形成する。矩形格子状または斜方格子状に凸部が配置された金型を用いて、印刷された層状パターンに凹部を形成する。凹部が形成された層状のパターンが印刷された蓋部材４を８００〜１０００℃程度の温度で焼成することによりガラス内に黒色無機顔料が分散され、凹部５ａが設けられた光吸収部材５が作製される。凹部５ａは、ガラスが軟化している間に上記金型をスタンピングすることによって形成してもよい。
【００５３】
次に本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、上記の実施形態と蓋部材４Ａと光吸収部材５Ａの形状が異なるだけであるので、以下では蓋部材４Ａと光吸収部材５Ａについて説明し、その他の構成については、説明を省略する。
【００５４】
図５は、蓋部材４Ａおよび光吸収部材５Ａの一部を模式的に拡大して示す断面図である。光吸収部材５Ａが、蓋部材４Ａの内面４Ａａ、すなわち蓋部材４Ａの、載置領域２ｂに臨む面（第２の面）に、蓋面凹部４ｂが設けられている。光吸収部材５Ａの表面には、上記実施形態と同様に凹部５ａが設けられている。光吸収部材５Ａは、上記実施形態と同様に、吸収部材本体５０と、この吸収部材本体５０に分散された光吸収体５１とを含んで構成される。
【００５５】
また、本実施形態では、蓋部材４Ａを内面４Ａａに直交する視点から見たときに、光吸収部材５Ａに設けられた複数の凹部５ａと、蓋部材４Ａに設けられた複数の蓋面凹部４ｂとは、それぞれ対応する位置、すなわち同じ位置に設けられている。
【００５６】
図３に示す実施形態では、蓋部材４の内面４ａが平坦面であるので、光吸収部材５の厚みは、凹部５ａが設けられている箇所では薄く、凹部５ａが設けられていない箇所では厚くなっており、厚みが一定ではない。この場合、厚みが薄い部分では光吸収部材５１が少なく、光吸収部材５内部を進行する迷光が光吸収体５１によって十分に吸収され難い。そして、蓋部材４の内面４ａで反射され、再び光吸収部材５の表面から光半導体装置１０内に放射されてしまいやすくなる。
【００５７】
本実施形態では、凹部５ａに対応して蓋部材４Ａに蓋面凹部４ｂが設けられているので、光吸収部材５Ａの厚みが薄くならず、一定の厚みとなっている。これにより、凹部５ａが設けられている箇所においても光吸収効果が均一なものとできる。また、内面４Ａａに沿った剪断方向の応力が加わっても光吸収部材５Ａが剥離し難いものとすることができる。
【００５８】
また、光吸収部材５は、蓋面凹部４ｂが設けられている箇所の厚さが、蓋面凹部４ｂが設けられていない箇所より厚く設けられてもよい。これにより、光吸収部材５に入射した迷光や、蓋面凹部４ｂの内周面で反射された迷光が蓋面凹部４ｂの内側に設けられた光吸収体５１に吸収されるやすくなる。さらに、光吸収部材５Ａに入射した迷光の一部が蓋面凹部４ｂの内周面に到達した場合には、蓋面凹部４ｂの内周面で反射を繰り返し、蓋面凹部４ｂ内の光吸収体５１によって減衰されてしまう可能性が高くなる。これにより、本実施形態の光半導体装置１０は、光吸収部材５Ａ内部を進行する迷光が光半導体装置１０内に出射されることを防ぎ、光吸収体５１によって吸収されやすくなっている。
【００５９】
図６は、光吸収部材５Ａ表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。図６（ａ）は、凹部５ａを矩形格子状に配設した例を示し、図６（ｂ）は、凹部５ａを斜方格子状の配設した例を示す。凹部５ａを配設する場合のピッチＰ１，Ｐ２については、上記図４（ａ），図４（ｂ）に示す実施形態において説明したのと同じように決めればよい。
【００６０】
凹部５ａの配設位置については、図４に示す上記実施形態と同じであり、例えば、矩形格子状または斜方格子状に配設している。凹部５ａの開口形状が円形状である場合、この円形開口の直径Ｄ１は、例えば、０．２ｍｍ〜１ｍｍである。ピッチＰ１、Ｐ２についても上記実施形態と同じく０．３ｍｍ〜２ｍｍである。蓋部材４Ａに設けられる蓋面凹部４ｂの直径Ｄ２は、開口の直径Ｄ１と同等または直径Ｄ１よりも少し大きく、例えば、０．２ｍｍ〜１．２ｍｍである。
【００６１】
さらに、蓋面凹部４ｂの直径Ｄ２は、蓋面凹部４ｂの深さをＨ２とする場合、Ｄ１≧Ｈ２×２であることがよい。例えば、蓋面凹部４ｂの深さをＨ２は、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍであるのがよい。
【００６２】
蓋面凹部４ｂのそれぞれ対応する位置に光吸収部材５Ａの凹部５ａが設けられる光吸収部材５Ａの作製方法の一例を説明する。本例では、吸収部材本体５０がガラスで、光吸収体５１が黒色無機顔料粉末である。蓋部材４Ａの内面４Ａａに、矩形格子状または斜方格子状に凸部が配置された金型を用いて、蓋面凹部４ｂを設ける。一方、上記材料のガラス粉末および黒色無機顔料粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合ペーストを作製する。この混合ペーストを予め作製された蓋面凹部４ｂが設けられた蓋部材４Ａの内面４Ａａ上に印刷法によって層状パターンを形成すると、層状パターンの、蓋面凹部４ｂに対応する位置が凹み、凹部が現れる。この層状のパターンが印刷された蓋部材４を８００〜１０００℃程度の温度で焼成することによりガラス内に黒色無機顔料が分散され、凹部５ａが設けられた光吸収部材５Ａが作製される。
【００６３】
上記の光半導体装置１０は、光半導体素子１１として発光素子を収納した構成であるが、本発明の光半導体装置は、これに限らず光半導体素子１１として受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）を収納した構成であってもよい。光半導体素子１１が受光素子である場合には、枠本体３０の貫通孔３０ａに固定された光ファイバから出射される光を集光して受光素子に入射させるために光学レンズなどの光学部材１２も光半導体素子パッケージ１内に収納される。モニター用の受光素子１３は不要である。
【００６４】
光半導体素子１１である受光素子は、光ファイバから出射された光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は配線基板１４、電気接続部材および接続端子３２を介して外部に出力される。外部の制御部は、光半導体装置から出力された電気信号に応じた処理を実行する。
【００６５】
光ファイバから出射された光が、全て光学部材１２を通過し、受光素子に入射すればよいが、一部の光が光学部材１２の表面で反射したり、光学部材１２を通過した光の一部が
受光素子に入射せずに反射したりする。そして、この反射した光の一部が配線基板１４表面で反射したりして、光半導体素子パッケージ１内で、迷光が生じる場合がある。この迷光は、枠本体３０の内面、蓋部材４，４Ａの内面、基体２の第１の面２ａで反射する。反射光の中には、光半導体素子１１である受光素子に入射する光があり、ノイズとして受光素子から出力される電気信号に乗ってしまう。
【００６６】
上記のように蓋部材４，４Ａの内面４ａ，４Ａａに、凹部５ａが設けられた光吸収部材５を設けることで、蓋部材４，４Ａに向かう迷光を吸収することができるので、受光素子が誤って受光してしまう光を低減することができる。光半導体素子１１として受光素子を収納する光半導体装置からの出力を安定させることができる。
【００６７】
なお、上記では、光吸収部材５，５Ａを蓋部材４，４Ａの内面４ａ，４Ａａに設ける構成としたが、これに限らず、蓋部材４，４Ａの一部、たとえば、枠本体３０と接合する周縁部を除く中央部が、光吸収部材５と同じ機能を有していてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１      光半導体素子パッケージ
２      基体
２ｂ    載置領域
３      枠部材
４，４Ａ      蓋部材
４ａ，４Ａａ  内面
４ｂ    蓋面凹部
５，５Ａ      光吸収部材
５ａ    凹部
１０    光半導体装置
１１    光半導体素子
１２    光学部材
１３    受光素子
１４    配線基板
１５    マウント部材
３０    枠本体
３０ａ  貫通孔
３１    誘電体層
３２    接続端子
５０    吸収部材本体
５１    光吸収体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017073538.tif 000008
【国際調査報告】
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