(57)【要約】【課題】  窓材の損傷を防止することが可能なキャップ部材及び光半導体装置を提供すること【解決手段】  本発明のキャップ部材Ｃ１は、光半導体素子が固定された光半導体装置を封止するキャップ部材であって、環状の枠体１０と、枠体の孔を塞ぐように孔の内側に配置された透明な窓材１１と、孔の内壁面と窓材１１の外周面１１ｃとの間に位置し、孔の内壁面と窓材１１の外周面とを接着する接着部材１２と、を備え、枠体１０の熱膨張率が、窓材１１と接着部材１２との熱膨張率よりも大きく、窓材１１の内側面となる下側面１１ａ及び外側面となる上側面１１ｂと外周面との間の縁部が、外周面において接着部材１２が接着している部分よりも窓材の厚み方向に突き出ていることを特徴とする。【選択図】  図３
2006261442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子が封止された光半導体装置のキャップ部材であって、
環状の枠体と、
前記枠体の孔を塞ぐように前記孔の内側に配置された透明な窓材と、
前記孔の内壁面と前記窓材の外周面との間に位置し、これらを接着する接着部材と、
を備え、
前記枠体の熱膨張率が、前記窓材と前記接着部材との熱膨張率よりも大きく、
前記窓材の下側面及び上側面と外周面との間の縁部が、前記窓材の外周面において前記接着部材が接着している部分よりも前記窓材の厚み方向に突き出ている
ことを特徴とするキャップ部材。
【請求項２】
前記窓材の下側面と上側面との少なくとも一方における前記縁部に面取り加工が施され、
当該面取り加工が施された部分の少なくとも一部が、前記窓材の外周面において前記接着部材が接着している部分よりも前記窓材の厚み方向に突き出ることによって、面取り加工を施された前記縁部が、前記外周面において前記接着部材が接着している部分よりも前記窓材の厚み方向に突き出ている
ことを特徴とする請求項１に記載のキャップ部材。
【請求項３】
光半導体素子が封止された光半導体装置のキャップ部材であって、
環状の枠体と、
前記枠体の孔を塞ぐように前記孔の内側に配置された透明な窓材と、
前記孔の内壁面と前記窓材の外周面との間に位置し、これらを接着する接着部材と、
を備え、
前記枠体の熱膨張率が、前記窓材と前記接着部材との熱膨張率よりも大きく、
前記窓材の下側面及び上側面が凸曲面である
ことを特徴とするキャップ部材。
【請求項４】
光半導体素子が封止された光半導体装置のキャップ部材であって、
環状の枠体と、
前記枠体の孔を塞ぐように前記孔の内側に配置された透明な窓材と、
前記孔の内壁面と前記窓材の外周面との間に位置し、これらを接着する接着部材と、
を備え、
前記枠体の熱膨張率が、前記窓材と前記接着部材との熱膨張率よりも大きく、
前記窓材の下側面又は上側面の一方が凸曲面であり、
前記窓材の前記凸曲面の反対面と外周面との間の縁部が、前記窓材の外周面において前記接着部材が接着している部分よりも前記窓材の厚み方向に突き出ている
ことを特徴とするキャップ部材。
【請求項５】
前記枠体は、
肉厚の枠本体部と、
この枠本体部から内周方向に延びる肉薄かつフランジ形状の内周側突出部と
を有し、
この内周側突出部の下側の面は前記接着部材と接する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のキャップ部材。
【請求項６】
前記枠体は、
肉厚の枠本体部と、
この枠本体部から外周方向に延びる肉薄かつフランジ形状の外周側突出部と
を有し、
この外周側突出部の下側の面は前記光半導体素子を固定するための基板との接着面とされている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のキャップ部材。
【請求項７】
前記枠体は、
前記窓材を前記接着部材を介して保持する枠体部と、
この枠体部の外周部分から前記光半導体素子を固定するための基板の方向に延びる筒状部と、
この筒状部から外周側に延びる外周側突出部と
を有し、
この外周側突出部の下側の面は前記基板との接着面とされている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のキャップ部材。
【請求項８】
前記窓材が石英ガラスで構成され、前記接着部材が高融点ガラスで構成されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のキャップ部材。
【請求項９】
前記窓材が石英ガラスで構成され、前記枠体がコバール合金で構成されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のキャップ部材。
【請求項１０】
前記枠体がコバール合金にニッケル層を被覆して構成されている
ことを特徴とする請求項９に記載のキャップ部材。
【請求項１１】
光半導体素子と、
前記光半導体素子が固定された基板と、
前記基板に接着されて前記光半導体素子を覆う請求項１〜９のいずれか１項に記載のキャップ部材と
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、キャップ部材と、これを用いた光半導体装置とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードや発光ダイオードのような光半導体素子を気密に封止する光半導体装置として、光半導体素子をマウントした基板をキャップ部材で蓋するタイプのものが知られている。このような光半導体装置に用いられるキャップ部材として、貫通する孔が形成された枠体と、その孔を塞ぐように枠体に接着されたガラス製の透明窓材と、枠体と窓材を接着するガラス製の接着部材と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１及び２）。特許文献１及び２に記載されたキャップ部材では、ガラス製の接着部材の損傷を防止する為に、その接着部材を保護膜で覆っている。
【特許文献１】特開平８−２５０６１６号公報
【特許文献２】特開２００２−７６４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなタイプの光半導体装置においては、ガラス製の接着部材だけでなく、ガラス製の窓材も非常に損傷しやすい。このことは、本発明者らの検証によっても確認されたが、特に、枠体と窓材とを接着させる為に作用させる応力によって窓材が損傷することが多く、この枠体と窓材とを接着する際の応力は、枠体と窓材の接着強度を強化しようとすればするほど大きくなる。
【０００４】
また、窓材に作用する応力には、例えば、光半導体装置の基板と枠体とを接着する際に作用する応力であり、この基板と枠体とを接着する際の応力は、光半導体装置を小型化すればするほど大きくなる。つまり、基板と枠体との接着部分と、枠体と窓材との接着部分との距離が短くなると、より大きい応力が窓材へ作用することとなる。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、窓材の損傷を防止することが可能なキャップ部材と、このようなキャップ部材を用いた光半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様に係るキャップ部材は、光半導体素子が封止された光半導体装置のキャップ部材であって、環状の枠体と、枠体の孔を塞ぐように孔の内側に配置された透明な窓材と、孔の内壁面と窓材の外周面との間に位置し、これらを接着する接着部材と、を備え、枠体の熱膨張率が、窓材と接着部材との熱膨張率よりも大きく、窓材の下側面及び上側面と外周面との間の縁部が、窓材の外周面において接着部材が接着している部分よりも窓材の厚み方向に突き出ていることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るキャップ部材によれば、窓材の下側面及び上側面と外周面との間の縁部が、外周面において接着部材が接着している部分よりも窓材の厚み方向に突き出ているので、上記縁部が接着部材と接触しない構造とすることができる。これによって、枠体から接着部材を介して窓材へ作用する応力が、窓材において強度の弱い上記縁部に集中するのを抑えることができるので、窓材の損傷を防止することが可能となる。
【０００８】
本発明のキャップ部材では、窓材の下側面と上側面との少なくとも一方における上記縁部に面取り加工が施され、面取り加工が施された部分の少なくとも一部が、窓材の外周面において接着部材が被覆している部分から露出することによって、面取り加工を施された窓材の縁部が、外周面において接着部材が接着している部分よりも窓材の厚み方向に突き出ていても良い。
【０００９】
このように、面取り加工を施すことによって強度を高めた上記縁部の一部が接着部材と接する場合はあっても、上記縁部全域が接着部材に覆われるようなことはない構造とすることによって、窓材へ作用する応力が、面取り加工を施された上記縁部に集中しないようにすることができる。従って、窓材の損傷を防止することができる。
【００１０】
本発明の第２態様に係るキャップ部材は、光半導体素子が固定された光半導体装置を封止するキャップ部材であって、環状の枠体と、枠体の孔を塞ぐように孔の内側に配置された透明な窓材と、孔の内壁面と窓材の外周面との間に位置し、これらを接着する接着部材と、を備え、枠体の熱膨張率が、窓材と接着部材との熱膨張率よりも大きく、窓材の下側面及び上側面が凸曲面であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るキャップ部材によれば、窓材の下側面及び上側面が凸曲面であるので、上記縁部の強度が、下側面及び上側面が平面である場合と比較して強い。従って、上記窓材の縁部まで接着部材が届いて応力が窓材の縁部に加わる場合であっても、窓材の損傷を防止することができる。
【００１２】
本発明の第３態様に係るキャップ部材は、光半導体素子が固定された光半導体装置を封止するキャップ部材であって、環状の枠体と、枠体の孔を塞ぐように孔の内側に配置された透明な窓材と、孔の内壁面と窓材の外周面との間に位置し、これらを接着する接着部材と、を備え、枠体の熱膨張率が、窓材と接着部材との熱膨張率よりも大きく、窓材の下側面又は上側面が凸曲面であり、窓材の凸曲面の反対面と外周面との間の縁部が、窓材の外周面において接着部材が接着している部分よりも窓材の厚み方向に突き出ていることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係るキャップ部材によれば、窓材の下側面又は上側面が凸曲面であるので、その凸曲面と外周面との間の縁部の強度は比較的強い。また、窓材の凸曲面の反対面における外周面との間の縁部が、上述したように、窓材の厚み方向に突き出ることで接着部材と接触しない構成となるので、枠体から接着部材を介して窓材へ作用する応力が、強度の弱い上記縁部に集中しないようにすることができるので、窓材の損傷を防止することができる。
【００１４】
本発明のキャップ部材では、枠体は、肉厚の枠本体部と、この枠本体部から内周方向に延びる肉薄かつフランジ形状の内周側突出部とを有し、この内周側突出部の下側の面は接着部材と接することも好ましい。このようにすることによって、接着部材の下側（光半導体装置の外側）となる面を保護することができる。
【００１５】
本発明のキャップ部材では、肉厚の枠本体部と、この枠本体部から外周方向に延びる肉薄かつフランジ形状の外周側突出部とを有し、この外周側突出部の下側の面は光半導体素子を固定するための基板との接着面とされていることも好ましい。このようにすることによって、キャップ部材によって基板を封止して光半導体装置を作製する際に作用する枠体の外周部への応力を、枠本体部に集中させることができる。従って、枠体から窓材に伝わる応力が抑制されるので、窓材の損傷を防止することができる。
【００１６】
本発明のキャップ部材では、枠体は、窓材を接着部材を介して保持する枠体部と、この枠体部の外周部分から基板の方向に延びる筒状部と、この筒状部から外周側に延びる外周側突出部とを有し、この外周側突出部の下側の面は光半導体素子を固定するための基板との接着面とされていることを特徴としても良い。この構成によっても、応力の集中を緩和させ、窓材の損傷を防止することができる。
【００１７】
本発明のキャップ部材では、窓材が石英ガラスで構成され、接着部材が高融点ガラスで構成されることも好ましい。枠体の熱膨張率が窓材と接着部材との熱膨張率よりも大きく、かつ、石英ガラス製の窓材を高融点ガラスによって枠体に接着するので、高温プロセスにより強固かつ緊密に窓材と枠体を接着できる。
【００１８】
本発明のキャップ部材では、窓材が石英ガラスで構成され、枠体がコバール合金で構成されることも好ましい。枠体の熱膨張率が窓材と接着部材との熱膨張率よりも大きく、かつ、コバール合金製の枠体を高融点ガラスによって窓材に接着するので、高温プロセスにより強固かつ緊密に窓材と枠体を接着できる。
【００１９】
本発明のキャップ部材では、枠体がコバール合金にニッケル層を被覆して構成されることも好ましい。これによって、製造工程において、枠体の構成物質等が気化してニッケル層に付着しても、その構成物質はニッケル層と結合する。従って、枠体の外観上の変化が抑制されると共に、付着した枠体の構成物質がゴミとして剥がれ落ちることを防止する。
【００２０】
本発明の光半導体装置は、光半導体素子と、この光半導体素子が固定される基板と、この基板に接着されて光半導体素子を覆うキャップ部材とを備え、このキャップ部材は、上記各態様の特徴的構成を有している。本発明の光半導体装置は、気密性や耐環境性が優れており、窓材の損傷を防止できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、枠体と窓材とを強固かつ緊密に接着することができ、かつ、窓材の損傷を防止することが可能なキャップ部材と、これを用いた耐環境性に優れた光半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２３】
（第１実施形態）
第１実施形態に係る光半導体装置及びキャップ部材を、図１に示す斜視図（四分割の断面を含む斜視図）と、図２に示す縦断面図を参照して説明する。光検出装置として機能する光半導体装置ＯＳ１は、光検出素子（フォトダイオード等）であるチップ状の光半導体素子２と、中央の窪んだ部分に光半導体素子２が固定された基板１と、光半導体素子２を覆うように基板１に固定されて光半導体素子２の収容空間を形成するキャップ部材Ｃ１と、を備える。
【００２４】
基板１は、いわゆる積層型のセラミック基板であり、略正方形平板の中央部分を２段階に窪ませた容器形状を成している。その窪み（キャビティ）の底面には、光半導体素子２がロウ材３によってダイボンドされている。基板１の底面を囲う中段面には、基板１の外面の端子に電気的に接続されたボンディングパッド（いずれも図示せず。）が設けられており、そのボンディングパッドがＡｕワイヤ４を介して光半導体素子２の電極（図示せず。）と結線されている。
【００２５】
キャップ部材Ｃ１は、略正方形平板の中央に円形の孔が形成された環状の枠体１０と、この孔を塞ぐように孔の内側に配置された円板状の透明な窓材１１と、窓材１１の外周面と孔の内壁面との間に介在されて両者を接着する接着部材１２とを備えている。枠体１０の外周部分の底面は、ロウ材５を介して基板１の外周部分の凸部（キャビティを囲む壁部）上面と接着されている。
【００２６】
以下、図３の断面図を参照して、キャップ部材Ｃ１の構成を詳細に説明するが、本明細書においては便宜上、光半導体装置ＯＳ１において光半導体素子２の収容空間側を「下側」とし、その反対側を「上側」として説明する。
【００２７】
枠体１０の平面形状は、外周が略正方形であって、中央の孔の内周は略円形であり、内周および外周のそれぞれにフランジ状の突出部分を有している。すなわち、肉厚で断面が略矩形状の枠本体部１０ｂの内壁面の上部側から、肉薄の内周側突出部１０ａが枠体１０の内周方向の全周に亘って延びるように形成されている。これにより、枠体１０の円形孔の内壁面は、内径の大きい下側内壁面１０ｄと、内径の小さい上側内壁面１０ｅと、それら内壁面間に位置しての窓材１１の下側面１１ａ及び上側面１１ｂに平行な段差面とからなる２段階の形状をなしている。一方、肉厚の枠本体部１０ｂの下部側から外側方向に向かって、肉薄の外周側突出部１０ｃが外周方向の全周に亘って延びるように形成されている。これにより、枠体１０の正方形状の外周壁面は、下側および上側の外壁面と、その間の段差面からなる２段階の形状をなしている。
【００２８】
窓材１１は、互いに平行な下側面１１ａ及び上側面１１ｂと、その両面に垂直な外周面１１ｃからなる石英ガラス製の円板であり、下側面１１ａ及び上側面１１ｂは鏡面仕上げされている。そして、光半導体素子２として光検出素子が用いられるときは窓材１１は入射面板として機能し、発光素子が用いられるときは窓材１１は投光面板として機能する。この窓材１１は、枠体１０の上側の面と窓材１１の上側面１１ｂとの面位置が等しく、かつ、枠体１０の上側内壁面１０ｅと窓材１１の外周面１１ｃとの間に僅かな隙間をあけて対向するように、枠体１０の円形の孔の内側に配置される。
【００２９】
接着部材１２は、接着剤を溶融した後に硬化することで成形されており、枠体１０の下側内壁面１０ｄと、これに対抗する窓材１１の外周面１１ｃの中間部分（下側部分と上側部分に挟まれた帯状の部分）との間にのみ介在され、その上側はフランジ状の内周側突出部１０ａの下側の面と接着されている。このように、枠体１０の下側内壁面１０ｄと、窓材１１の外周面１１ｃと、枠体１０の内周側突出部１０ａの下側の面によって形成される窪みに、接着部材１２が充填されるようにして硬化されているので、内周側突出部１０ａが接着部材１２の上側（光半導体装置における外側）の面を覆い保護することができる。
【００３０】
上記の構成において、接着部材１２が窓材１１と接するのは、窓材１１の外周面１１ｃの中間部分のみであり、外周面１１ｃの下側部分と上側部分には接着部材１２は届いていない。つまり、窓材１１の下側面１１ａ及び上側面１１ｂは、いずれも接着部材１２の下側及び上側端部よりも更に下側及び上側に位置しているのであるから、窓材１１の下側面１１ａ及び上側面１１ｂと外周面１１ｃとの間の下側縁部と上側縁部とは、いずれも接着部材１２の下側及び上側端部よりも、窓材１１の厚み方向に突き出ていることになる。このため、枠体１０からの収縮方向の応力が接着部材１２を介して窓材１１に与えられる場合でも、窓材１１の下側縁部と上側縁部には直接に応力が加わることがない。
【００３１】
第１実施形態において、接着部材１２を成形するための材料としては、例えば石英ガラスからなる窓材１１よりも熱膨張率が大きく、且つ、窓材１１の軟化点よりも低い温度で溶融する高融点ガラスが用いられる。高融点ガラスを接着部材１２として用いてキャップ部材Ｃ１を形成するので、キャップ部材Ｃ１を備える光半導体装置が高温高湿の苛酷な環境で使用された場合でも、接着部材１２が溶け出してしまったり、耐湿性に問題が生じたりすることがない。
【００３２】
接着部材１２の構成材料として用いる高融点ガラスとしては、軟化点が６００℃以上の材料が好適であり、例えば、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス、シリカアルミナガラス、シリカアルミナカルシウムガラス等を主成分として含むガラスである。より具体的には、ホウケイ酸ガラス又はソーダガラスにアルミナ又はジルコニアを３０〜７０％添加したガラスが適用可能である。なお、枠体１０および窓材１１の各構成素材の軟化点よりも高い高融点ガラスは、本発明の接着部材１２としては原理的に使用不能である。
【００３３】
環状の枠体１０は、窓材１１および接着部材１２よりも熱膨張率が大きいコバール合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）製が好適であり、このような熱膨張率の材料を選択することにより、接着部材１２の硬化プロセスにおいて収縮応力を発生させることができる。このため、円盤型の窓材１１を、その周囲から接着部材１２を介して環状の枠体１０で取り囲み、全体的に収縮する応力を内在させることができるので、枠体１０と窓材１１との強固かつ緊密な接着が可能になる。また、枠体１０の上側の表面に厚さ２μｍ程度のニッケル層が形成されているので、製造プロセスにおける外観不良を低減できる。
【００３４】
セラミック製基板１のキャビティ等の表面の所定部分には、Ｗ（タングステン）層、Ｎｉ（ニッケル）層、Ａｕ（金）層の順に積層されたメタライズ層が形成されており、これらの各部分では、キャップ部材Ｃ１との貼り合わせ接合、光半導体素子２のダイボンディング、ボンディングパッドの接着等が可能になっている（いずれも図示せず。）。光半導体素子２をセラミック製基板１にダイボンディングするためのロウ材３には、Ｓｎが２０％添加されたＡｕロウ材が好適であり、セラミック製基板１とキャップ部材Ｃ１との貼り合わせ接合に用いられるロウ材５には、融点７８０℃のＡｇロウ材が好適である。
【００３５】
次に、キャップ部材Ｃ１の製造プロセスと、これを用いた光半導体装置の組み立てプロセスを概説することにより、本実施形態に係るキャップ部材Ｃ１の作用・効果を具体的に説明する。
【００３６】
先ず、環状の枠体１０と、円盤状の窓材１１と、リング状に成形された高融点ガラスからなる接着部材１２のプリフォームを用意し、これらを一対のカーボン製の治具で挟み、所定の位置（リング状の接着部材１２が枠体１０と窓材１１に挟まれる位置）に固定する。次に、これを電気炉等に導入し、枠体１０及び窓材１１の軟化点より低く、かつ接着部材１２が溶融する温度に加熱する。このとき、枠体１０の内周側突出部１０ａが下方向になるようにセットしておくと、枠体１０の下側内壁面１０ｄと、窓材１１の外周面１１ｃと、枠体１０の内周側突出部１０ａの下側面とに囲まれた部分に、重力によって溶融した接着部材１２の溶液を溜めることができる。
【００３７】
その後、高融点ガラスの軟化点まで冷却すると接着部材１２は硬化し、さらに常温まで冷却する過程で、枠体１０、窓材１１および接着部材１２は、それぞれの構成材料に固有の熱膨張率に従って収縮する。このとき、枠体１０の収縮量が、窓材１１及び接着部材１２の収縮量に比べて大きいので、枠体１０から窓材１１の方向（窓材１１の厚み方向に垂直な方向）に収縮力が作用することとなる。
【００３８】
キャップ部材Ｃ１と基板１とは、次のようにして固定される。基板１の外周の凸部と枠体１０の外周側突出部１０ｃとの間に、環状に成形したフィルム状のロウ材５を配置して、キャップ部材Ｃ１と基板１とを治具で挟んでプレスした状態で、枠体１０の外周側突出部１０ｃに対して上側から電子ビームを照射する。ニッケル層が被覆された枠体１０の外周側突出部１０ｃに電子ビームが照射されると、ニッケル層及び外周側突出部１０ｃの照射部分は高温に熱せられ、溶融して液体金属状態の溶融領域（溶融池）が形成される。このとき、外周側突出部１０ｃは枠本体部１０ｂに比べて肉薄になっているので、溶融領域の熱が容易にＡｇロウ材５に伝達して、Ａｇロウ材５を溶融させる。その後、常温まで冷却して、基板１と枠体１０の外周側突出部１０ｃとをロウ付け固定する。
【００３９】
また、枠体１０は、内周側突出部１０ａと外周側突出部１０ｃとの間に枠本体部１０ｂを有し、外周側突出部１０ｃは肉薄であって枠本体部１０ｂは充分に肉厚であって、しかも、内周側突出部１０ａと外周側突出部１０ｃとは枠本体部１０ｂを挟んで段差形状になっているので、キャップ部材Ｃ１と基板１とを固定する際に外周側突出部１０ｃに作用する応力を、枠本体部１０ｂに集中させることができる。従って、キャップ部材Ｃ１と基板１とを接着する際に、枠体１０から接着部材１２を介して窓材１１に伝わる応力が抑制されるので、窓材１１の損傷を防止することができる。
【００４０】
また、枠体１０は、光半導体装置ＯＳ１において外側となる表面にニッケル層が形成されたコバール合金製であるので、電子ビーム照射によって枠体１０の構成物質等が気化してニッケル層に付着しても、その構成物質はニッケル層と結合する。従って、枠体１０の外観上の変化が抑制されると共に、付着した枠体１０の構成物質がゴミとして剥がれ落ちることを防止することができる。また、電子ビームは、従来用いていたシーム溶接用のローラー電極よりも高速に移動できるので、作業時間を短縮することができる。
【００４１】
第１実施形態によれば、キャップ部材Ｃ１では、窓材１１の下側面１１ａと外周面１１ｃとの間の下側縁部と、窓材１１の上側面１１ｂと外周面１１ｃとの間の上側縁部との双方が、窓材１１の外周面１１ｃにおいて接着部材１２が接着している上側及び下側の部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、縁部が接着部材１２と接触することのない構造とすることができる。このことによって、枠体１０から接着部材１２を介して窓材１１へ作用する応力が、下側面１１ａ及び上側面１１ｂにおいて強度の弱い縁部に集中しないようにすることができるので、窓材１１の損傷を防止することができる。
【００４２】
第１実施形態による効果の検証結果について、図４及び図５を参照して説明する。
【００４３】
図４（ａ）は、比較例のキャップ部材Ｃ１の断面斜視図である。後述する実施例との違いは、比較例のキャップ部材Ｃ１を構成する窓材１１の下側面と外周面との間の縁部が接着部材１２の縁と接して、窓材１１の下側面と接着部材１２の内側面と枠体１０の下面との面位置が等しくなっていることである。図４（ｂ）は、比較例のキャップ部材Ｃ１における応力分布を示している。最も大きい応力を受ける領域１１ｘが、窓材の下側（半導体光素子の収容空間側）の縁部と重なっている。次に大きい応力を受ける領域１１ｙは、外周面において接着部材１２の外側の縁と接している部分を含む領域である。このような比較例のキャップ部材Ｃ１では、全体の１０％において窓材の縁部におけるクラックの発生が確認された。
【００４４】
図５（ａ）は、実施例に係るキャップ部材Ｃ１の概略断面斜視図であり、その構成は図１および図２等に示す第１実施形態の通りである。図５（ｂ）は、キャップ部材Ｃ１に含まれる窓材１１の応力分布を示している。領域１１ｘ及び領域１１ｙは、最も大きい応力を受ける領域であり、窓材の外周面１１ｃにおいて接着部材１２の内側及び外側の縁と接している部分である。また、図５における領域１１ｘ及び領域１１ｙに作用する応力は、図４における領域１１ｙが受けた比較例の窓材１１において２番目に大きい応力と同程度の大きさであった。実施例における窓材１１の下側面１１ａと外周面１１ｃとの間の縁部に作用する応力の大きさは、比較例のキャップ部材Ｃ１に含まれる縁部に作用する応力の１０分の１〜１００分の１程度に低減されている。このような実施例のキャップ部材Ｃ１では、窓材の縁部はもちろん全ての部分において、クラックや割れ、欠けの発生が確認されなかった。
【００４５】
引き続いて、第１実施形態の第１〜第９変形例について説明するが、これら変形例はいずれも、窓材１１の下側面１１ａ及び上側面１１ｂと外周面１１ｃとの間の縁部が、窓材１１の外周面１１ｃにおいて接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ている、というタイプの変形例である。
【００４６】
図６は、第１実施形態の第１変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図３との相異点は、キャップ部材Ｃ１を構成する窓材１１の縁部にＲ面取り加工が施されていることである。強度の弱い縁部に面取り加工を施すことによって、窓材１１の縁部自体の強度を増加することができる。従って、窓材１１の損傷を防止して製造工程においてより簡易に取り扱うことが可能となる。なお、Ｒ面取り加工に限らず、Ｃ面取り加工等を施しても良い。また、上面側または下面側の一方側のみ面取り加工を施しても良く、一方をＲ面取りとして他方をＣ面取りしても良い。
【００４７】
図７は、第１実施形態の第２変形例に係る光半導体装置ＯＳ１の概略断面斜視図であり、図１との相異点は、キャップ部材Ｃ１を構成する枠体１０における枠本体部１０ｂが矩形の環状ではなく円形の環状を成しており、これにより、枠体１０の上側面に、略円形状の段差を有する凸部分が形成されていることである。このような枠本体部１０ｂの形状にすれば、プレス加工にて枠体１０が形成されるのでコスト低減が可能になる。なお、枠本体部１０ｂの上側面の凸形状は、矩形や円形に限らず、矩形の凸部の四隅部を斜めカットしたり、四隅部を円形に面取り加工した形状でも良い。
【００４８】
なお、図７に示す第２変形例においては、キャップ部材Ｃ１に含まれる枠体１０の外周側突出部１０ｃは略正方形であるが、この外周側突出部１０ｃの平面形状も上側面における枠本体部１０ｂの凸形状と同様に、略円形としても良い。このようにすれば、プレス加工にて簡易に枠体１０を形成できる。
【００４９】
図８は、第１実施形態の第３変形例に係る光半導体装置ＯＳ１の概略断面図であり、図２との相異点は、枠体１０にはフランジ状に外周側に延びる突出部が設けられておらず、外周部の厚さが枠体１０の最も厚い部分（枠本体部）と同程度となっていることである。言い換えると、枠体１０は、肉厚の枠本体部１０ｂと、この内壁から孔に向かうように内周の全周に渉って延びる内周側突出部１０ａを有しているが、その外周にはフランジ状の突出部を有していない。
【００５０】
この変形例では、枠体１０と基板１との固着にはリフロー方式を用いる。つまり、枠体１０と基板１との間にロウ材５を配置し、基板１を加熱してロウ材５を溶融させる。ロウ材５としては、例えば融点が２８０℃であって、Ｓｎを２０％含むＡｕロウ材を用いる。この場合には、半導体光素子２を基板１にダイボンドするためのロウ材３として、例えば融点がロウ材５より高い３８０℃であって、Ｓｉを３．１５％含むＡｕロウ材を用いることが望ましい。
【００５１】
第９図は、第１実施形態の第４の変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図３との相異点は、キャップ部材Ｃ１を構成する枠体１０のフランジ状の外周側突出部１０ｃが枠体１０における上側に形成されていることである。よって、外周側突出部１０ｃの上面は、窓材１１の上面と面位置が等しく、基板１の上面と接着する外周側突出部１０ｃの下面は、接着部材１２の上面（内周側突出部１０ａの上面）より上方に位置する。
【００５２】
第１０図は、第１実施形態の第５の変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図３との相異点は、キャップ部材Ｃ１を構成する枠体１０の枠本体部１０ｂの厚さが、窓材１１の厚さと同等になっていることである。これにより、枠体１０の下側面及び上側面は、それぞれ窓材１１の下側面１１ａ及び上側面１１ｂの面位置と等しい。このタイプのキャップ部材Ｃ１は、フラットパッケージタイプでありながらキャンタイプ（筒状タイプ）に近いものと言える。
【００５３】
図１１は、第１実施形態の第６変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図３との相異点は、枠体１０を構成する肉厚の枠本体部１０ｂからの、内周側突出部１０ａおよび外周側突出部１０ｃの突出する位置にある。すなわち、内周側突出部１０ａおよび外周側突出部１０ｃはいずれも枠本体部１０ｂに比べて肉薄であり、内周側突出部１０ａは枠本体部１０ｂの外周側の中間部分からフランジ状に突出し、外周側突出部１０ｃは枠本体部１０ｂの内周側の中間部分からフランジ状に突出している。
【００５４】
窓材１１の外周面１１ｃと、枠体１０の孔の内壁面とを接着する接着部材１２は、枠本体部１０ｂの下側の内壁面１０ｄと、これに対向する窓材１１の外周面１１ｃの下側部分との間にのみ介在されており、枠体１０の内側突出部１０ａの先端面１０eと窓材１１の外周面との間隙には介在していない。そして、窓材１１の外周面１１ｃの下側部分や上側部分には、接着部材１２がなく露出している。
【００５５】
上述のような形状にすることによって、接着部材１２の外側領域を覆う突出部１０ａと、応力を吸収するための枠本体部１０ｂと、応力を吸収させて基板１と接着する外周部１０ｃとを備えて、更に、上下対称な枠体１０を得ることが可能となる。また、枠体はプレス加工にて形成されるので、このような上下対称形状の枠体１０は簡易に加工することが可能となる。また、窓材１１の下側面１１ａ及び上側面１１ｂと外周面１１ｃとの間の縁部が、窓材１１の外周面において接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、上述したように窓材１１の損傷を防止することができる。
【００５６】
図１２（ａ）は、第１実施形態の第７変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図３との相異点は、枠体１０を構成する肉厚の枠本体部１０ｂから孔側に向かう内周側突出部が形成されず、かつ、枠本体部１０ｂから外周方向にフランジ状に突出する肉薄の外周側突出部１０ｃの突出位置が、枠本体部１０ｂの外周側の中間部分からとなっている点である。窓材１１は、枠体１０と同じ厚さであり、窓材１１の下側面１１ａと上側面１１ｂは枠体１１の下面と上面の面位置とそれぞれ等しい。窓材１１の外周面１１ｃと孔の内壁面とを接着する接着部材１２は、窓材１１の縁部まで達していない。本変形例においても窓材１１の下側及び上側の縁部が、外周面１１ｃにおいて接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、上述のように窓材１１の損傷を防止することができる。
【００５７】
図１２（ｂ）は、第１実施形態の第８変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図１２（ａ）との相異点は、第１に、窓材１１が、枠体１０の枠本体部１０ｂよりも厚いこと、第２に、枠体１０の枠本体部１０ｂの内壁面の全面と、これに対向する窓材１１の外周面の中間部分との間にのみ接着部材が介在されていることである。このため、接着部材１２は、窓材１１の縁部まで達していない。本変形例においても窓材１１の内側及び外側の縁部が、外周面１１ｃにおいて接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、上述のように窓材１１の損傷を防止することができる。
【００５８】
図１３は、第１実施形態の第９変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図１２（ａ）との相異点は、第１に、窓材１１の縁部にＣ面取り加工が施されていることであり、第２に、接着部材１２がこの面取り部の中間位置まで届いていることである。
【００５９】
枠体１０には孔の内壁面に突出部がないので、窓材１１と接着部材１２との接触面積はより増大する。窓材１１の下側面１１ａと上側面１１ｂは、枠体１０の下面と上面の面位置とそれぞれ等しく、それぞれ接着部材１２の下側面と上側面よりも窓材１１の厚み方向に突き出ている。
【００６０】
窓材１１の面取り加工が施された部分の一部が、外周面１１ｃにおいて接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、窓材１１の下側及び上側の縁部が、外周面１１ｃにおいて接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ている。
【００６１】
このように、面取り加工を施すことによって強度を強化した縁部の一部が接着部材１２と接する場合はあっても、縁部全域が接着部材１２に覆われない構造とすることができる。よって、窓材１１へ作用する応力が、面取り加工を施された縁部に集中しないようにすることができるので、窓材１１の損傷を防止することができる。
【００６２】
図２０は、第１実施形態の第１０変形例に係るキャップ部材Ｃ１の断面図であり、図３との相異点は、キャップ部材Ｃ１を構成する窓材１１の下側の縁部にＣ面取り加工が施されていることである。窓材１１において、下側の突き出しとして十分な突き出し量を確保できない場合には、高融点硝子を溶融した際に溶融した高融点硝子が窓材１１の外周面に沿って下側縁部まで這い上がってしまうことが起こりうる。これでは窓材１１が損傷してしまうことになる。そこで、下側の縁部にＣ面取り加工を施すことで、高融点硝子が溶融した場合でもＣ面取りと外周面との縁までで高融点硝子の這い上がりを止めることが出来る。したがって、窓材の縁部に応力が集中することがなく窓材の損傷を防ぐことができる。さらに、強度の弱い縁部に面取り加工を施すことによって、窓材１１の縁部自体の強度を増加することができる。従って、窓材１１の損傷を防止して製造工程においてより簡易に取り扱うことが可能となる。
【００６３】
（第２実施形態）
この第２実施形態は、窓材の下側面及び上側面が凸曲面とされている点において、窓材の下側面及び上側面と外周面との間の縁部が、厚み方向に突き出ているタイプの第１実施形態と相違する。なお、窓材の下側面及び上側面の凸曲面の曲率半径が縁部において相対的に小さくなれば、それは「縁部が突き出ている」のと同等であるから、第１および第２実施形態は互いに他を排除する技術概念ではなく、一つの実施例のキャップ部材が第１および第２実施形態の双方の下位概念となり得ることは当然である。
【００６４】
図１４は、第２実施形態に係るキャップ部材Ｃ２の断面図であり、図１３（ａ）との相異点は、キャップ部材Ｃ２を構成する窓材１１の形状及び接着部材１２の接着状態である。窓材１１は、下側面及び上側面がいずれも凸曲面であり、その曲率半径は中央部分で非常に大きく、外周に近づくにつれて徐々に小さくなり、外周面の手前で最も小さくなっている。接着部材１２は、窓材１１の外周面の全面において接着しており、その外周面における窓材１１の厚さ（外周面の上下方向の幅）と、枠体１０の枠本体部１０ｂの厚さは、ほぼ同等になっている。
【００６５】
このように、窓材１１の下側面及び上側面が凸曲面であるので、窓材１１の縁部の強度が、下側面と上側面が平面である場合と比較して強い。従って、窓材１１の外周面における縁部と接着部材１２の縁部とが接触している場合であっても、応力の集中を抑えて窓材１１の損傷を防止することができる。
【００６６】
特に、本実施形態では、窓材１１の凸曲面の曲率が外周面に近づくほど小さくされているので、損傷防止の効果に優れており、また、窓材１１の凸曲面の中央部分での曲率半径は充分に大きくされているので、不用意にレンズ効果が働くこともない。もちろん、積極的にレンズ効果を利用することは任意であり、それが好ましい用途も多い。
【００６７】
図１５は、第２実施形態の変形例に係るキャップ部材Ｃ２の断面図であり、図１４との相異点は、キャップ部材Ｃ２を構成する窓材１１の最大の厚さ（中心部分の厚さ）が、枠体１０の中で最も肉厚の枠本体部３０ｂの厚さと、ほぼ同等にされていることである。そして、接着部材１２は窓材１１の外周面の全面に接する一方、枠体１０の枠本体部１０ｂについては、その内壁面の中間部分とのみ接している。この変形例も、図１４と同様に窓材の損傷防止の効果が高い。
【００６８】
（第３実施形態）
図１６は、第３実施形態に係るキャップ部材Ｃ３の断面図であり、図１５との相異点は、キャップ部材Ｃ３を構成する窓材１１の形状及び接着部材１２の接着状態である。窓材１１は、略円板状で、下側面が平面、上側面が凸曲面である。接着部材１２は、枠体１０の内壁面と窓材１１の外周面とに接着して、接着部材１２の下側端部は、窓材１１の下側の縁部まで達しておらず、外周面の下側部分が露出している。一方、接着部材１２の上側端部は、窓材１１の上側の縁部まで達しており、外周面の上側部分は接着部材１２で被覆されている。
【００６９】
窓材１１の上側の縁部は、その上側面が凸曲面であるので、窓材１１の下側の縁部よりも強度が強い。窓材１１の下側の縁部は、外周面において接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、枠体１０から接着部材１２を介してその縁部に作用する応力を低減することができる。従って、上述のように窓材１１の損傷を防止することができる。
【００７０】
この第３実施形態は、窓材１１の下側面１１ａが平面であって縁部で突き出る構成とされ、上側面１１ｂが凸曲面とされている点において、いわば第１実施形態と第２実施形態の複合タイプである。したがって、窓材１１の下側面１１ａ及び上側面１１ｂのいずれを曲面とするかは適宜選択されることであり、また、窓材１１の平面側（下側）の縁部を面取り加工することも可能である。
【００７１】
（第４実施形態）
第１〜第３実施形態は、枠体の概略形状が平板状ないし平板に類似する形状のものであるが、この実施形態では、枠体が筒状となっている。すなわち、キャップ部材を構成する枠体は、窓材を接着部材を介して保持する枠体部と、この枠体部の外周部分から光半導体素子を固定するための基板の方向に延びる筒状部と、この筒状部から外周側に延びる外周側突出部とを有しており、この外周側突出部の下側の面は光半導体素子を固定するための基板との接着面とされている。この筒状の枠体を含むキャップ部材は、いわゆるフラットパッケージタイプではなく、キャンタイプの光半導体装置に適用される。
【００７２】
図１７は、第４実施形態に係るキャップ部材Ｃ４の斜視図であり、図１８は、その縦断面図である。キャップ部材Ｃ４は、上側端部が内側に折り曲げられ、下側端部が外側に折り曲げられた略中空円筒形状の枠体２０と、枠体２０の上側端部に形成された孔の内側に孔を塞ぐように配置された略円板状の透明な窓材１１と、窓材１１の外周面と孔の内壁面とを接着する接着部材１２とを備える。これらキャップ部材Ｃ４を構成する部材の材質は、それぞれ上記第１〜第３実施形態に係るキャップ部材の材質と同様である。
【００７３】
枠体２０は、肉厚が一定の筒体を加工して成形されており、上端側の内側に折り曲げられた部分は窓材を保持する枠体部２０ａを成し、下端側の外側に折り曲げられた部分は基板に固着するための外周側突出部２０ｃを成し、それらの間の部分は半導体素子を収容する収容空間を形成する筒状部２０ｂを成している。
【００７４】
この実施形態においても、窓材１１は、互いに平行な下側面（筒の内側の面）及び上側面と、その両面に垂直な外周面からなる円板である。窓材１１の外周面の上側部分と枠体部２０ａにおける孔の内壁面の上側部分とが隙間を有して対向し、窓材１１の上側の縁が枠体２０における孔の内壁面の縁よりも突き出ないように配置されている。
【００７５】
接着部材１２は、筒状部２０ｂの上部の内面と枠体部２０ａの下側の面と、窓材１１の外周面とに接着されている。このようにすることによって、接着部材１２の上側（光半導体装置の外側）面を、枠体２０の枠体部２０ａによって覆い保護することができる。
【００７６】
接着部材１２は、窓材１１の外周面における内側及び外側の縁部まで達していない。窓材１１の下側面及び上側面と外周面との間の縁部が、窓材１１の外周面において接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ている。このように窓材１１の縁部が接着部材１２と接触しない構造とすることができるので、枠体２０から接着部材１２を介して窓材１１へ作用する応力が、縁部に集中しないようにすることができ、窓材１１の損傷を防止することができる。
【００７７】
図１９（ａ）は、第４実施形態の第１変形例に係るキャップ部材Ｃ４の断面図であり、図１８との相異点は、枠体部２０ａの内壁面の下側部分が切り欠かれて内周方向に延びる凹部が形成され、この凹部に接着部材１２が位置していることである。この変形例においても、接着部材１２は、窓材１１の外周面における内側及び外側の縁部まで達していない。窓材１１の下側面及び上側面と外周面との間の縁部が、窓材１１の外周面において接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、窓材１１の損傷を防止することができる。
【００７８】
図１９（ｂ）は、第４実施形態の第２変形例に係るキャップ部材Ｃ４の断面図であり、図１8との相異点は、枠体部２０ａの内壁面の下側部分が切り欠かれて内周方向に延びる凹部が形成され、この凹部に窓材１１の上側外周端部が位置していることである。接着剤１２は、この凹部には充填されず、筒状部２０ｂの上部の内面と枠体部２０ａの下側の面と、窓材１１の外周面とに接着されている。
【００７９】
これによって、接着部材１２の外側面を、枠体部２０ａによって覆い保護する。また、窓材１１の下側面及び上側面と外周面との間の縁部が、窓材１１の外周面において接着部材１２が接着している部分よりも窓材１１の厚み方向に突き出ているので、窓材１１の損傷を防止することができる。
【００８０】
なお、図１９（ｂ）では凹部に位置する窓材１１の外周端部の上面が凹部の下面と接することなく、一定の間隙を持つ配置となっているが、窓材１１の外周端部の上面が凹部の下面において枠体部２０ａに接触する構成でも良い。また、接触させた態様において、枠体部２０ａの下側面に更にもう一段の凹部を形成し、ここに接着剤１２が溜まるようにしても良い。
【００８１】
図１９（ｃ）は、第４実施形態の第３変形例に係るキャップ部材Ｃ４の断面図であり、図１９（ｂ）との相異点は、枠体部２０ａの内壁面の下側部分の凹部が深くなり、その分だけ枠体部２０ａの上面が突出するように成形されていることである。このようにすれば、
枠体部２０ａの厚さを均一にすることができる。
【００８２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、光半導体装置ＯＳ１、ＯＳ２は、光半導体素子２としてフォトダイオードである光検出素子を備える光検出装置であるとしたが、光半導体装置は、光半導体素子として半導体レーザ又は発光ダイオードである半導体発光素子を備えて、発光装置として機能させてもよい。また、これらに限られることなく、発光装置及び光検出素子として機能する他の構成の光半導体装置にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１実施形態に係る光半導体装置の概略断面斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る光半導体装置の概略断面図である。
【図３】第１実施形態に係るキャップ部材の断面図である。
【図４】比較例のキャップ部材に含まれる窓材に作用する応力分布を説明するための図である。
【図５】第１実施形態に係るキャップ部材に含まれる窓材に作用する応力分布を説明するための図である。
【図６】第１実施形態の第１変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図７】第１実施形態の第２変形例に係る光半導体装置の概略断面斜視図である。
【図８】第１実施形態の第３変形例に係る光半導体装置の概略断面図である。
【図９】第１実施形態の第４変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図１０】第１実施形態の第５変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図１１】第１実施形態の第６変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図１２】第１実施形態の第７、第８変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図１３】第１実施形態の第９変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図１４】第２実施形態に係るキャップ部材の断面図である。
【図１５】第２実施形態の変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図１６】第３実施形態に係るキャップ部材の断面図である。
【図１７】第４実施形態に係るキャップ部材の斜視図である。
【図１８】第４実施形態に係るキャップ部材の断面図である。
【図１９】第４実施形態の第１〜第３変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【図２０】第１実施形態の第１０変形例に係るキャップ部材の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
ＯＳ１…光半導体装置、Ｃ１…キャップ部材、１…基板、２…光半導体素子、３…ロウ材、４…Ａｕワイヤ、５…ロウ材、１０…枠体、１０ａ…内周側突出部、１０ｂ…枠本体部、１０ｃ…外周側突出部、１０ｄ…下側内壁面、１０ｅ…上側内壁面、１１…窓材、１１ａ…下側面、１１ｂ…上側面、１１ｃ…外周面、１２…接着部材。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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