(57)【要約】  【課題】  光デバイス等を収容する気密封止パッケージの内部の汚染を、収容デバイスに特殊な構造を形成したり、パッケージ容量を増大させたりすることなく、簡便に除去する。  【解決手段】  光透過性のカバー部材14が取り付けられた窓13ａを有する、気密封止されたパッケージ10に対して、カバー部材14を通して外部からパッケージ内に光21を照射することにより、パッケージ内雰囲気の組成を変化させて、汚染物質を析出あるいは分解させる。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性のカバー部材が取り付けられた窓を有する、気密封止されたパッケージに対して、前記カバー部材を通して外部からパッケージ内に光を照射することにより、パッケージ内雰囲気の組成を変化させることを特徴とするパッケージの汚染除去方法。
【請求項２】
前記光の照射により、パッケージ内雰囲気に含まれる物質を、該パッケージ内において析出させることを特徴とする請求項１記載のパッケージの汚染除去方法。
【請求項３】
前記パッケージ内雰囲気に含まれる物質を、前記カバー部材の前記光が透過する部分に析出させることを特徴とする請求項２記載のパッケージの汚染除去方法。
【請求項４】
前記パッケージ内に、それが収容するデバイス以外の部分において光触媒物質を配置しておき、この光触媒物質を前記光の照射により活性化して、パッケージ内の物質を分解させることを特徴とする請求項１記載のパッケージの汚染除去方法。
【請求項５】
前記光触媒物質を、前記カバー部材の前記光が透過する部分に配置しておくことを特徴とする請求項４記載のパッケージの汚染除去方法。
【請求項６】
前記光として、波長が１００〜４５０ｎｍの範囲に有る光を用いることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載のパッケージの汚染除去方法。
【請求項７】
前記パッケージが内部に光デバイスを収容するものである場合に、前記光を、該光デバイスに入射またはそこから出射する使用光が通過する位置とは別の位置において前記カバー部材を通過するように照射することを特徴とする請求項１から６いずれか１項記載のパッケージの汚染除去方法。
【請求項８】
前記光の照射を行うとき、あるいはそれ以前に、前記パッケージの内部を常温よりも高い温度に加熱しておくことを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載のパッケージの汚染除去方法。
【請求項９】
光透過性のカバー部材が取り付けられた窓を有する、気密封止されたパッケージであって、それが収容するデバイスとは別の部分において、その内部に光触媒物質が配置されていることを特徴とするパッケージ。
【請求項１０】
前記光触媒物質が、前記カバー部材の内表面に配置されていることを特徴とする請求項９記載のパッケージ。
【請求項１１】
前記光触媒物質が、前記デバイスが利用する光の光路以外の部分に配置されていることを特徴とする請求項９または１０記載のパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイス等を収容して気密封止されたパッケージの内部の汚染を除去する方法に関するものである。
【０００２】
また本発明は、上述したような汚染除去方法を実施できるパッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、半導体レーザやＣＣＤ等の光デバイスが種々提供されている。また、このような光デバイスの長期的信頼性を確保するために、雰囲気を安定に保つように気密封止されたパッケージ内に光デバイスを収容することも広く知られている。
【０００４】
しかし、そのような構成においては、パッケージと光デバイスの固定に使用される接着剤や、光を通過させるための透明な窓ガラスの接着に用いる部材や、パッケージの作製時に付着した物質等の中に含まれる成分がパッケージ内の気密雰囲気中に拡散し、この成分が光を受けて光学部材表面に析出することで、光吸収や光学特性の変化による光損失を生じ、信頼性を低下させることが分かっている。このような成分の析出は、照射される光の波長が短いほど、また光パワーが高いほど発生しやすいので、ＧａＮ系紫外レーザやＳＨＧ（第２高調波発生）素子などにおいて特に問題となっている。
【０００５】
この問題への対策として、従来、いくつかの方法が提案されている。例えば特許文献１には、高出力半導体レーザの気密パッケージ内に多孔質シリカまたはゼオライトよりなるゲッターを配置し、さらにパッケージ内を酸素含有量が１００ｐｐｍ以上の雰囲気で封止することにより、雰囲気中に拡散した汚染物質を吸着させたり、酸素によって分解させたりすることで汚染を防止する技術が開示されている。また特許文献２には、パッケージ内をオゾンでクリーニングした後、オゾン雰囲気にすることで汚染防止を図る技術が開示されている。さらに特許文献３には、発光デバイスの光透過端面の最も外側をTiO2でコートすることにより、発光光とTiO2とによる光触媒作用を発現させて、析出汚染物質を分解除去する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平７−１４７４５７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２７３０号公報
【特許文献３】特開２０００−３４９３８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されている方法を実施する場合、ゲッター剤はパッケージ内への散乱を防ぐためにブロック状にし、かつ、汚染物質を発しないようにバネやネジ、クリップ等の機械的保持手段や、汚染物質を発しないハンダ等を用いた接着により、パッケージ内部に固定しなければならない。このようなゲッターのブロックとそれを保持するための機構をパッケージ内に配設することは、工数的に大きな負荷になると共に、パッケージ自体の容量を増大させるので、小型軽量化が求められる電子機器にデバイスを搭載する上では不利になる。
【０００７】
また、特許文献１や特許文献２に記載された方法では、雰囲気を酸素やオゾンにすることで汚染物質と反応させ、分解することで析出防止を図っているが、酸素やオゾンはそれ自体活性が高いことから、金属部材の酸化や光学膜材料の組成変化を引き起こし、デバイスの信頼性を低下させる原因となる。
【０００８】
また、特許文献３に記載されている方法では、発光デバイスの光透過端面を全てTiO2でコートしなければならないのでデバイス設計の自由度が低下する上、光活性の高いアナターゼ型TiO2を形成する必要があるのでコート作製自体が難しい、といった問題がある。さらに、TiO2の光触媒作用は紫外光によって誘起されるので、この方法は、波長が限定された一部の発光デバイス用のパッケージにしか適用できないという問題もある。
【０００９】
以上、光デバイスを収容するパッケージにおける問題について説明したが、従来、MEMS（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）を気密封止パッケージに収容することも行われており、そのような場合にも、上記発光デバイスの波長が限定される問題を除いて、同様の問題が発生する。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みて、光デバイス等の収容デバイスに特殊な構造を形成したり、パッケージ容量を増大させたりすることなく、簡便にパッケージ内の汚染物質を低減することができるパッケージの汚染除去方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また本発明は、上述のような汚染除去方法を実施できるパッケージ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】
【００１２】
本発明によるパッケージの汚染除去方法は、パッケージ内に外部から光を照射してその内部の汚染物質を除去するようにしたものであり、より具体的には、光透過性のカバー部材が取り付けられた窓を有する、気密封止されたパッケージに対して、気密封止を行った後に前記カバー部材を通して外部からパッケージ内に光を照射して、パッケージ内雰囲気の組成を変化させることを特徴とするものである。
【００１３】
この本発明によるパッケージの汚染除去方法の一つの実施形態においては、前記光の照射により、パッケージ内雰囲気に含まれる物質を該パッケージ内において析出させる。その場合上記物質は、主にカバー部材の上記光が通過する部分に析出するようになる。
【００１４】
他方、本発明によるパッケージの汚染除去方法においては、パッケージ内に、収容デバイス以外の部分において光触媒物質を配置しておき、この光触媒物質を前記光の照射により活性化して、パッケージ内の物質を分解させることも可能である。その場合は上記光触媒物質を、カバー部材の前記光が通過する部分に配置しておくことが望ましい。
【００１５】
なお、本発明によるパッケージの汚染除去方法においてパッケージ内に照射する光としては、波長が１００〜４５０ｎｍの範囲に有る光を用いることが望ましい。
【００１６】
また、特にパッケージが内部に光デバイスを収容するものである場合には、前記光を、該光デバイスに入射またはそこから出射する使用光が通過する位置とは別の位置においてカバー部材を通過するように照射することが望ましい。
【００１７】
さらに、本発明によるパッケージの汚染除去方法においては、前記光の照射を行うとき、あるいはそれ以前に、パッケージの内部を常温よりも高い温度に加熱しておくことが望ましい。
【００１８】
他方、本発明によるパッケージは、光透過性のカバー部材が取り付けられた窓を有する、気密封止されたパッケージであって、それが収容するデバイスとは別の部分において、その内部に光触媒物質が配置されていることを特徴とするものである。
【００１９】
なお上述のような光触媒物質は、上記カバー部材の内表面に配置されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によるパッケージの汚染除去方法は、パッケージ内に光を照射してその内部の汚染物質を析出、あるいは分解させるものであるので、収容デバイス特性に悪影響を与える恐れのある酸素やオゾン等をパッケージ内に封入したり、また、デバイス自体に特殊な構造を造ったりする必要なく、簡単にパッケージ内の汚染物質を低減することができ、そしてデバイスの信頼性を高めることが可能となる。なお、上記酸素やオゾン等をパッケージ内に封入することは基本的に不要であるが、必要に応じて封入されても構わない。
【００２１】
また、この本発明によるパッケージの汚染除去方法においては、汚染物質低減のためにパッケージ内に新たな部材を追加配置する必要はないので、パッケージ容量を増大させることもない。さらに、パッケージ内に収容する半導体レーザやレンズ等の要素も特殊な加工をする必要がないので、汚染物質低減のためにそれらの設計自由度や作製の容易性が損なわれることはない。
【００２２】
また本発明によるパッケージの汚染除去方法において、特にパッケージ内に、収容デバイス以外の部分において光触媒物質を配置しておき、この光触媒物質を前記光の照射により活性化して、パッケージ内の物質を分解させる場合は、発光デバイスの光透過端面等に光触媒物質を配置する場合と異なってデバイス設計に影響を与えることがないので、収容するデバイスの自由度を高く保つことができる。またこの方法は、収容デバイスが特定の波長域の光を発する発光デバイスでなくても、自由に適用可能である。
【００２３】
その場合、光触媒物質をカバー部材の上記光が通過する部分に配置しておくと、外部から光触媒物質を確認しやすくなるので、作業性が向上する。
【００２４】
また、上記のようにパッケージ内に照射する光として、波長が１００〜４５０ｎｍの範囲に有る光を用いると汚染除去効果がより高められる。すなわち、この光の照射により、パッケージ内雰囲気に含まれる物質を該パッケージ内において析出させる場合は、この光の波長が短いと、パッケージ内に拡散した汚染物質が光重合反応を起こす際、より大きなエネルギーを受けることができるため、重合反応が促進し、それらが析出しやすくなる。一方、この光の照射により汚染物質を分解する場合には、上記波長範囲にある光を用いることにより、より大きな分解エネルギーを与えることができ、汚染物質の分解が促進される。
【００２５】
ただし、光触媒物質を利用する場合は、この波長範囲に限らず、その物質の光利用効率が高くなる波長を適宜選択してもよい。
【００２６】
また、特にパッケージが内部に光デバイスを収容するものである場合、前記光を、該光デバイスに入射あるいはそこから出射する使用光が通過する位置とは別の位置においてカバー部材を通過するように照射すると、汚染物質を析出させる場合はその物質が使用光通過位置から外れた位置に析出するので、また汚染物質を分解させる場合は光触媒物質を使用光通過位置から外れた位置に配置できるので、析出した汚染物質や光触媒物質によって使用光が吸収されたり散乱したりすることを防止可能となる。
【００２７】
さらに、本発明によるパッケージの汚染除去方法において、前記光の照射を行うとき、あるいはそれ以前に、パッケージの内部を常温よりも高い温度に加熱しておくと、パッケージ内の接着剤等からその雰囲気中への汚染物質の拡散が加速されるので、光照射によってパッケージ内の汚染物質がより効果的に析出あるいは分解されるようになる。
【００２８】
なお上記光の照射は、パッケージに収容したデバイスを動作させる前に行ってもよいし、デバイスの動作中に行ってもよい。特にデバイスが、半導体レーザなどの経時的に劣化するものである場合、動作させる前にこのような処理を行うことで、寿命を損なうことなく汚染物質除去を行うことができる。
【００２９】
他方、本発明によるパッケージは内部に光触媒物質が配置されたものであるから、上述のように光触媒物質を光照射により活性化して、パッケージ内の物質を分解させる方法を実施できるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００３１】
図１および図２はそれぞれ、本発明の一実施形態による汚染除去方法が実施されるパッケージ10の使用状態および、汚染除去がなされる時の状態を示す側断面図である。一例としてこのパッケージ10は、気密封止した内部空間に半導体レーザチップ11を収容するいわゆるCanタイプパッケージであり、ステム12と、このステム12の上に被着されたキャップ13と、このキャップ13に形成された光通過窓13ａを覆う光透過性のカバー部材（窓ガラス）14とからなる。
【００３２】
上記半導体レーザチップ11は、それを固定保持するステム12に接続されたリード線15および、ワイヤ16を介して接続されたリード線17によって外部から給電されるようになっている。なお図中の18は、リード線17とステム12とを絶縁する絶縁体である。半導体レーザチップ11は上述のようにして給電されると、図１に示すようにレーザ光20を放射し、このレーザ光20は窓ガラス14を通過して使用光としてパッケージ10の外に出射する。
【００３３】
次に、本実施形態におけるパッケージの汚染除去について、図２を参照して説明する。パッケージ10内の雰囲気中には、例えば窓ガラス14とキャップ13との接着に用いた部材や、パッケージ10の作製時に付着した物質、さらには半導体レーザチップ11とステム12との接着に用いた部材等に含まれる成分が拡散することがある。そのような成分が半導体レーザチップ11の発光点や、あるいは窓ガラス14の内表面のレーザ光20が通過する部分に析出すると、当然この半導体レーザの性能が損なわれる。
【００３４】
本実施形態ではこのような析出物によるパッケージ10内の汚染を除去するために、半導体レーザチップ11を動作停止状態にしておいて、上記窓ガラス14を通して外部からパッケージ10内に向けてレーザ光21が照射される。このとき該レーザ光21は、半導体レーザチップ11が射出するレーザ光20が通る領域以外の部分において、窓ガラス14を通過するように照射される。
【００３５】
こうして外部からレーザ光21が照射されることにより、パッケージ10内に拡散している浮遊物質は、レーザ光21が照射された窓ガラス14の内表面に析出するようになる。なお図２では、この析出物質を「22」として示してある。このようにして析出物質22を窓ガラス14に析出させれば、この窓ガラス14のレーザ光20が通る部分や、半導体レーザチップ11の発光点に析出物質が付着して、それが半導体レーザの性能を損なうという問題を防止可能となる。
【００３６】
なお、汚染除去用のレーザ光21を照射するとき、あるいはそれ以前に、パッケージ10の内部を常温よりも高い温度に加熱しておくことが望ましい。すなわち、そのようにすると、パッケージ10内の接着剤等の物質からパッケージ内雰囲気への汚染物質の拡散が加速されるので、レーザ光21の照射による汚染物質の析出がより効果的になされるようになる。なおこの加熱温度は具体的に、半導体レーザの保存安定性を保証する上での上限温度以下とすることが好ましい。
【００３７】
また、汚染除去用のレーザ光21としては、前述した通りの理由から、波長が１００〜４５０ｎｍの範囲に有るレーザ光を用いることが望ましい。また、そのようなレーザ光に限らず、通常のＨｇランプ等が発する自然放出光を利用してもよい。
【００３８】
なお、上述のような自然放出光を利用する場合は、その光が窓ガラス14のレーザ光20が通る部分に照射されないようにするために、図３の上面図に示すような金属製遮光ステンシル30を用いることが望ましい。この遮光ステンシル30は中央に円形の遮光部分30ａを有するものであり、それをキャップ13の上面に被着した状態で光照射を行えば、半導体レーザチップ11からのレーザ光20が通る窓ガラス14の中央部分に汚染除去用の光が照射されて、そこに汚染物質が析出することを回避できる。このような金属製遮光ステンシル30は、例えば金属板をエッチングなどによって加工して作製することができる。また、このような金属製遮光ステンシル30の代わりに、紫外線等の光を透過させる石英ガラス上に、Ｃｒ等からなる所定形状の遮光パターンが形成されてなるマスクを用いることも可能である。
【００３９】
さらに、本実施形態では平坦な窓ガラス14を用いているが、拡散している汚染物質が吸着する面積を増大させるために、汚染除去用光が通過する部分の窓ガラス14の内表面を、予め磨りガラス状に加工しておくことも効果的である。このように局部的に磨りガラスを形成する方法としては、例えばサンドブラスト等を好適に用いることができる。
【００４０】
また本実施形態では、窓ガラス14の内表面に汚染物質を析出させているが、この窓ガラス14を通過したレーザ光21が照射されるパッケージ内の部分にも、同様に汚染物質が析出することになる。そこで、半導体レーザチップ11や電極など、半導体レーザの特性に影響の有る部分に光が照射されないように、照射するレーザ光21の方向や反射に注意する必要がある。
【００４１】
次に、図４を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。なおこの図４において、図２中の要素と同等の要素には同番号を付してあり、それらについての説明は特に必要のない限り省略する。この第２の実施形態の方法を実施するために、図４に示すパッケージ10′においては、その窓ガラス14の内表面に、TiO2よりなる光触媒膜40が配置されている。この光触媒膜40は、半導体レーザチップ11からのレーザ光20が通る部分から外れた位置に配置されている。
【００４２】
なお光触媒膜40としてTiO2を用いる場合はそれをアナターゼ型結晶にすることが効果的である。そこで、窓ガラス14の内表面に、光触媒膜不要域を覆うマスキングを施した上でTiO2をスパッタ法により成膜した後、３００〜８００℃の温度で熱処理を行い、結晶化を促進する。その後、光路部分にＡＲ（反射防止）コーティングを施すことが好ましい。
【００４３】
このように作製した窓ガラス14を、キャップ13にガラスハンダや溶接等により気密接着して、その後は通常の気密パッケージングを行う。その後、このTiO2膜からなる光触媒膜40に、紫外域のレーザ光21やあるいは紫外線ランプが発する光を外部から照射すると、その光によりTiO2が活性化されて光触媒作用が発現し、この光触媒膜40の部分に析出している汚染物質が分解除去される。
【００４４】
なお本実施形態において、光触媒膜40は使用光であるレーザ光20の光路から外れた位置に配されているので、この光触媒膜40に特別の光学特性は要求されない。そこでTiO2膜の形成方法としては、上に挙げたスパッタ法に限らず、真空蒸着、ゾルゲル法、スクリーン印刷などを適宜選択して適用可能である。また窓ガラス14は半導体レーザチップ11等の収容デバイスとは別の工程で作製されるから、この窓ガラス14に光触媒膜40を形成するに当たって高温の熱処理等を施しても、デバイス特性に影響が及ぶことはない。
【００４５】
本実施形態では、窓ガラス14の内表面に光触媒膜40を形成しているが、パッケージ10′の内部のステム12の一部に光触媒膜40を形成してもよいし、パッケージ容量に余裕があれば、パッケージ要素とは別部材として作製した光触媒膜を設置してもよい。そのようにした場合も、本実施形態と同様にパッケージ10′の外からその光触媒膜に紫外線等の光を照射することにより、析出した汚染物質を分解させることができる。またこの場合も、第１の実施形態におけるのと同様、収容デバイスの特性に影響を与えないように照射光の方向や反射に注意する必要がある。
【００４６】
なお、本実施形態のように汚染物質を分解させる場合も、汚染除去用のレーザ光21を照射するとき、あるいはそれ以前に、パッケージ10の内部を常温よりも高い温度に加熱しておくことが望ましい。またこの場合、レーザ光等の汚染除去用の光としては、光触媒が活性となる波長の光が望ましく、光触媒の種類に応じて適宜選択される。TiO2のアナターゼ結晶の場合は、３８０ｎｍ以下の波長の光が好適となる。
【００４７】
以上、発光デバイスを収容するパッケージに適用された実施形態について説明したが、本発明は発光デバイス以外の光デバイス、例えばＣＣＤ等を収容するパッケージにも適用可能である。さらに本発明は、光を外部からパッケージ内に照射するための窓とそのカバー部材を設ければ、光デバイス以外のデバイスを収容するパッケージにも適用可能である。そのようなデバイスとしては、例えば前述したMEMSによるリレースイッチが挙げられ、それを収容するパッケージに本発明を適用した場合は、接点の汚染防止による信頼性向上等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態の方法が実施されるパッケージの、実使用時の状態を示す側断面図
【図２】図１のパッケージの、汚染除去処理がなされる時の状態を示す側断面図
【図３】図１のパッケージと遮光ステンシルとを示す上面図
【図４】本発明による第２の実施形態の方法が実施されるパッケージの、汚染除去処理がなされる時の状態を示す側断面図
【符号の説明】
【００４９】
10、10′    パッケージ
11    半導体レーザチップ
12    ステム
13    キャップ
13ａ  キャップの窓
14    窓ガラス
20    レーザ光（使用光）
21    汚染除去用レーザ光
30    遮光ステンシル
40    光触媒膜
【図１】
2006332178.tif 000003
【図２】
2006332178.tif 000004
【図３】
2006332178.tif 000005
【図４】
2006332178.tif 000006