(57)【要約】【課題】気密封止する必要がない信頼性が高い半導体レーザ素子が、放熱特性の高い状態で実装される簡易な構造の光半導体素子用ステムを提供する。【解決手段】基体部を構成するアイレット１０と、アイレット１０の周縁部に立設された防御部１４と、アイレット１０上であって、かつ防御部１４の内側に立設され、側面に光半導体素子が実装される放熱部１２とを含む。【選択図】  図１
2004349320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体部を構成するアイレットと、
前記アイレットの周縁部に立設された防御部と、
前記アイレット上であって、かつ前記防御部の内側に立設され、側面に光半導体素子が実装される放熱部とを有することを特徴とする光半導体素子用ステム。
【請求項２】
前記防御部は、前記放熱部の前記光半導体素子が実装される側面に対向する部分側に開口部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子用ステム。
【請求項３】
前記アイレット、前記防御部及び前記放熱部は、一体的に成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子用ステム。
【請求項４】
前記放熱部の側面に実装される前記光半導体素子は、気密封止して実装する必要がない半導体レーザ素子であり、前記防御部上にはキャップを設けないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステム。
【請求項５】
前記防御部の高さは、前記放熱部の高さより高く設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステム。
【請求項６】
前記アイレット、前記放熱部及び防御部は、銅又は銅合金からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステム。
【請求項７】
前記放熱部の近傍の前記アイレットの部分には、前記光半導体素子の光出力をモニタする受光素子が実装されるへこみ部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステムと、
前記放熱部の側面に実装された半導体レーザ素子と、
前記アイレットと絶縁された状態で該アイレットの厚み方向に貫通して設けられ、前記半導体レーザ素子と電気的に接続された半導体レーザ素子用リードとを有することを特徴とする光半導体装置。
【請求項９】
前記放熱部の近傍の前記アイレット上に実装され、前記半導体レーザ素子の光出力をモニタする受光素子と、
前記アイレットと絶縁された状態で該アイレットの厚み方向に貫通して設けられ、前記受光素子と電気的に接続された受光素子用リードと、
前記アイレットに電気的に接続されたグランドリードとをさらに有することを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。
【請求項１０】
前記素子は、気密封止して実装する必要がないものであり、前記防御部の上にキャップが設けられていないことを特徴とする請求項８又は９に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子用ステム及び光半導体装置に関し、さらに詳しくは、光通信装置や光ディスク装置などに適用される半導体レーザ素子などが実装される光半導体素子用ステム及びそれを使用した光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光半導体装置として、金属製のステムの上に半導体レーザ素子とその出力をモニタする受光素子が実装されたものがある。図６は従来の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された光半導体装置の一例を示す斜視図である。図６に示すように、従来の光半導体素子用ステム１００は、円形状のアイレット１００ａとその上に配置された放熱部１００ｂとにより基本構成されている。
【０００３】
アイレット１００ａの周縁部には光透過窓１１０が天井壁に設けられた金属キャップ１０８が抵抗溶接されていて、この光透過窓１１０はガラス板で覆われている。そして、放熱部１００ｂの所定側面には半導体レーザ素子１０４が固着されている。また、アイレット１００ａ上の放熱部１００ｂの近傍には底面に傾斜をもったへこみ部１０５が設けられており、その底部に受光素子１０６が傾斜した状態で固着されている。
【０００４】
このようにして金属キャップ１０８内に半導体レーザ素子１０４及び受光素子１０６が気密封止された状態で収容されて、それらの素子の信頼性が確保される。
【０００５】
また、アイレット１００ａには、その厚み方向に貫通する２つの絶縁体１１２ａ，１１２ｂが設けられている。その絶縁体１１２ａ，１１２ｂの中心部には半導体レーザ素子用リード１１４ａ及び受光素子用リード１１４ｂがそれぞれ挿設されており、これらのリード１１４ａ，１１４ｂはステム１００に対して電気的に絶縁された状態になっている。また、共通（グランド）リード１１４ｃがアイレット１００ａに電気的に接続された状態で設けられている。
【０００６】
半導体レーザ素子１０４はワイヤ１１６ａを介して半導体レーザ素子用リード１１４ａと電気的に接続され、また受光素子１０６はワイヤ１１６ｂを介して受光素子用リード１１４ｂと電気的に接続されている。
【０００７】
従来の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された光半導体装置は、このような構成になっていて、半導体レーザ１０４の光出射面１０４ａから放出された光が光透過窓１１０を透過して外部に放出される。また、半導体レーザ素子１０４の光出射面１０４ａと反対面１０４ｂから放出されたモニタ光を受光素子１０６が受光し、これに基づいて半導体レーザ素子１０４のレーザ出力が制御される。
【０００８】
ところで、上記したような放熱部１００ｂが立設されたステム１００は、鉄層／銅層／鉄層構造のクラッド材がプレス加工されることにより製造される。このため、アイレット１００ａは、鉄層１００ｙ／銅層１００ｘ／鉄層１００ｙ構造となり、また放熱部１００ｂはその表層部全体が鉄層で被覆された状態で成形される。このようなクラッド材を使用する理由は、銅からなるアイレット１００ａに金属キャップ１０８を抵抗溶接することは困難であるため、銅層１００ｘ上に抵抗溶接に適した鉄層１００ｙを設けておく必要があるからである。
【０００９】
しかしながら、鉄層は抵抗溶接には適するものの、熱伝導性は銅層よりもかなり悪いので、鉄層上に半導体レーザ素子１０４が実装される従来の光半導体素子用ステムでは、十分な放熱特性が得られない。このため、半導体レーザ素子１０４の温度変化によって、半導体レーザ素子１０４から放出される光の出力や波長が変動するなどの不具合が発生しやすい。
【００１０】
この対策として、例えば特許文献１には、クラッド材の放熱部になる部分の鉄層を予めエッチングにより除去した後に、プレス加工を行うことにより表面に銅層が露出した放熱部を成形することが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１８６６４９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、信頼性の高い光半導体素子が開発されてきており、このような光半導体素子を実装する場合、必ずしも金属キャップ１０８内に気密封止する必要はない。従って、アイレット１００ａに金属キャップ１０８を抵抗溶接する必要がないので、アイレット１００ａの表面に抵抗溶接に適した鉄層を特別に設けておく必要はない。
【００１３】
従来技術では、このような信頼性の高い光半導体素子を気密封止することなく実装するための光半導体素子用ステムに関しては何ら考慮されておらず、このような光半導体素子に適した放熱性の高い簡易な構造の光半導体素子用ステムが切望されている。
【００１４】
なお、気密封止が不要な光半導体素子を実装する方法として、例えば特許文献１のステムを使用し、金属キャップを装着しない方法が考えられる。しかしながら、金属キャップがないのでハンドリング性が悪いばかりではなく、光半導体素子が実装された後のハンドリング時に光半導体素子やワイヤに損傷を与えてしまうおそれがあり、歩留りよく光半導体装置を製造することが困難になる。しかも、放熱部以外の本体部には鉄層が残っているので放熱特性が十分ではない。
【００１５】
本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、気密封止する必要がない信頼性が高い半導体レーザ素子が、放熱特性の高い状態で実装される簡易な構造の光半導体素子用ステム及びそれを用いた光半導体装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は光半導体素子用ステムに係り、基体部を構成するアイレットと、前記アイレットの周縁部に立設された防御部と、前記アイレット上であって、かつ前記防御部の内側に立設され、側面に光半導体素子が実装される放熱部とを有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の光半導体素子用ステムには、気密封止して実装する必要がない信頼性の高い光半導体素子が実装される。従って、従来のステムと違って、金属キャップで気密封止する必要がないので、金属キャップの抵抗溶接に適した熱伝導の低い鉄層などを表層部に設けておく必要がない。このことから、本願発明者は、信頼性の高い光半導体素子を実装する場合は、熱伝導性の高い金属のみでステムを構成できることを見出した。
【００１８】
本発明の光半導体素子用ステムは上記した技術思想に基づいて考案されたものであり、基体部を構成するアイレット上の周縁部に防御部が立設され、防御部の内側のアイレット上に放熱部が立設されている。これらは全体にわたって同一材料（銅などの熱伝導性が高い材料）から構成されていることが好ましい。
【００１９】
従来のステムでは、金属キャップは光半導体素子を気密封止する機能の他に、ハンドリングを容易にするために設けられている。本発明では、気密封止するための金属キャップを必要としないが、ステムのハンドリングを容易にするためにアイレット上の周縁部に防御部が立設されている。
【００２０】
このようにすることにより、ステム全体を熱伝導性の高い金属のみで構成することができるので、ステムに光半導体素子が実装された光半導体装置では、光半導体素子の温度上昇が抑えられて、光半導体素子から放出される光の出力や波長が変動するなどの不具合の発生が防止される。
【００２１】
しかも、アイレットの周縁部には防御部が設けられているので、ステムを容易にハンドリングできると共に、光半導体素子が実装された後のハンドリング時に光半導体素子やそれに接続されるワイヤに損傷を与えることもない。従って、本発明の光半導体素子用ステムを使用することにより、信頼性の高い光半導体装置を歩留りが高い状態で製造することができる。
【００２２】
本発明の一つの好適な態様では、防御部には、放熱部の光半導体素子が実装される側面に対向する部分側に開口部が設けられている。この開口部は、光半導体素子をステムに実装する際の作業効率を向上させるために設けられる。特に、光半導体素子とリードとをワイヤで結線する際に、開口部側から作業を行うことができるので、特別な結線装置を使用することなくワイヤの結線を行うことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図を参照しながら説明する。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１実施形態の光半導体素子用ステムを示す斜視図、図２は図１の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された様子を図１のＡ方向からみた側面図、図３は図１の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された様子を図１の上側からみた平面図である。
【００２５】
前述したように、信頼性の高い光半導体素子を実装する場合、光半導体素子を金属キャップ内に気密封止する必要はない。このため、アイレットに金属キャップを抵抗溶接する必要がないので、アイレットの表面に抵抗溶接に適した鉄層を特別に設けておく必要はない。
【００２６】
本願発明者は、上記した点に注目して光半導体素子用ステムの構造を鋭意研究した結果、気密封止を不要とする光半導体素子を実装する場合、全体にわたって熱伝導性の高い金属（銅など）のみから構成されるステムを採用できることを見出した。
【００２７】
図１に示すように、本発明の第１実施形態の光半導体素子用ステム１は、基体部を構成するアイレット１０、アイレット１０上の周縁部に立設された防御部１４、及び防御部１４の内側のアイレット１０上に立設された放熱部１２から基本構成されている。この光半導体素子用ステム１は、例えば熱伝導性が高い金属板がプレス加工されて一体成形されたものであり、その全体が熱伝導性の高い材料から構成されている。熱伝導性の高い金属しては、例えば、銅（Ｃｕ）、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金、銅（Ｃｕ）−モリブデン（Ｍｏ）合金、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）−モリブデン（Ｍｏ）合金などが挙げられる。
【００２８】
放熱部１２はその側面に素子実装面１２ａを備えており、その素子実装面１２ａに半導体レーザ素子２が実装される（図２及び図３を参照）。また、放熱部１２の近傍のアイレット１０には底面に所定傾斜をもったへこみ部１６が設けられている。そして、図３に示すように、このへこみ部１６の底面には半導体レーザ素子２の光出力をモニタする受光素子３が傾斜した状態で実装される。
【００２９】
本実施形態では、半導体レーザ素子２及び受光素子３として、気密封止して実装する必要がない仕様で設計されたものが使用される。つまり、大気に曝された状態で動作させても何ら不具合が発生しないような仕様で製造されたものである。このため、図２及び図３に示すように、防御部１４上には気密封止するためのガラスキャップは設けられておらず、半導体レーザ素子２や受光素子３が大気に曝された状態で実装が完了する。
【００３０】
防御部１４は、光半導体素子用ステム１のハンドリング性を容易にすると共に、ステム１に半導体レーザ素子２などが実装された後のハンドリング時に半導体レーザ素子２やワイヤに損傷を与えないようにするために設けられる。このため、防御部１４の高さは放熱部１２の高さより高く設定されることが好ましい。また、防御部１４を設けることは、光半導体素子用ステム１の全体の表面積及び体積を大きくして放熱特性を向上させるという観点からも都合がよい。
【００３１】
また、図１に示すように、防御部１４には、放熱部１２の素子実装面１２ａに対向する部分側に開口部１４ａが設けられている。これにより、半導体レーザ素子２及び受光素子３を搭載する際、あるいは半導体レーザ素子２及び受光素子３とリードとをワイヤで結線する際に、この開口部１４ａ側から搭載作業や結線作業を容易に行えるようになっている。
【００３２】
なお、防御部１４の上側から素子の搭載作業やワイヤの結線作業を行うことができる場合は、開口部１４ａを形成せずに放熱部１２及びへこみ部１６を取り囲むようにして防御部１４が環状に形成されるようにしても差し支えない。
【００３３】
さらに、図１〜図３に示すように、アイレット１０には、位置出し用の切り欠き部１０ａが設けられていると共に、硬質ガラスや絶縁性樹脂などからなる２つの絶縁体１８ａ．１８ｂが厚み方向に挿入されている。その絶縁体１８ａ，１８ｂの中心部には半導体レーザ素子用リード２０ａ及び受光素子用リード２０ｂがそれぞれ挿設されており、これらのリード２０ａ，２０ｂはアイレット１０に対して電気的に絶縁された状態となっている。
【００３４】
そして、図２及び図３に示すように、半導体レーザ素子２はワイヤ２２ａを介して半導体レーザ素子用リード２０ａと電気的に接続され、また受光素子３はワイヤ２２ｂを介して受光素子用リード２０ｂと電気的に接続される。また、共通（グランド）リード２０ｃがアイレット１０に電気的に接続された状態で設けられている。そして、この共通（グランド）リード２０ｃは、光半導体素子用ステム１を介して半導体レーザ素子２及び受光素子３の背面にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３５】
第１実施形態の光半導体装置１ａは、このような構成になっていて、半導体レーザ素子２の光出射面２ａ（図２）から放出された光がガラス窓を透過することなく直接外部に放出される。また、半導体レーザ素子２の光出射面２ａと反対面２ｂから放出されるモニタ光を受光素子３が受光し、これに基づいて半導体レーザ素子２のレーザ出力が制御される。
【００３６】
このとき、半導体レーザ素子２から発生する熱は、放熱部１２、防御部１４又はアイレット１０を通って外部に放出される。本実施形態では、放熱経路を構成する部材が全体にわたってＣｕなどの熱伝導性の高い金属からなるので、半導体レーザ素子２から発生する熱の放熱性を従来に比べて格段に向上させることができる。
【００３７】
従って、半導体レーザ素子２の温度上昇が抑えられるので、温度変化によって半導体レーザ素子２から放出される光の出力や波長が変化するなどの不具合が発生することが防止される。
【００３８】
また、本実施形態の光半導体素子用ステム１では、金属キャップの抵抗溶接を必要としないことから溶接時のステム１の外形変動が少なくなり、設計要求に応じた精度が高いものが得られるようになる。
【００３９】
本実施形態の光半導体素子用ステム１は、例えば、Ｃｕなどからなる金属板が前述した放熱部１２、防御部１４及びへこみ部１６の形状を成形するための金型によりプレス加工され、次いでリード２０ａ，２０ｂ用の貫通孔及び切り欠き部１０ａが設けられたアイレット１０の形状に金属板が打ち抜かれて製造される。あるいは、金属板がエンドミルなどで切削されて製造されるようにしてもよい。
【００４０】
なお、アイレット１０、放熱部１２及び防御部１４が一体成形されたものが好ましいが、放熱部１２及び防御部１４がアイレット１０上に金属ロウ材などで固着されたものであってもよい。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図４は本発明の第２実施形態の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された光半導体装置を示す平面図である。なお、図４において図３と同一要素についてはその説明を省略する。第１実施形態では、放熱部１２と防御部１４とが部分的に繋がって一体的に成形された形態を例示した。第２実施形態では、図４に示すように、放熱部１２の側面と防御部１４の側面とが分離された状態で、放熱部１２と防御部１４とがアイレット１０に立設されている。そして、第１実施形態と同様に半導体レーザ素子２及び受光素子３が実装されて、第２実施形態の光半導体装置１ｂが構成される。第２実施形態においても防御部１４に開口部１４ａを設けずに、防御部１４が環状に形成されるようにしてもよい。
【００４２】
第２実施形態の光半導体素子用ステムは、第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図５は本発明の第３実施形態の光半導体素子用ステムを示す斜視図である。図５に示すように、第３実施形態の光半導体素子用ステム１ｘでは、防御部１４の外周面がアイレット１０の外周面と同一面になって形成されている。そして、アイレット１０と防御部１４との外周部に切り欠き部１０ａが設けられている。その他の要素は図１と同一であるのでその説明を省略する。第３実施形態のステム１ｘにおいても、第１及び第２実施形態と同様な構成で半導体レーザ素子及び受光素子が実装される。
【００４４】
第３実施形態のステム１ｘは第１実施形態と同様な効果を奏すると共に、アイレット１０と防御部１４との外周部に切り欠き部１０ａを設けるようにしたので、第１及び第２実施形態よりもステム及びそれを用いた光半導体装置を小型化することができる。
【００４５】
なお、前述した第１〜第３実施形態では、光半導体素子用ステム１に半導体レーザ素子２及び受光素子３が実装される形態を例示したが、受光素子３を省略して半導体レーザ素子２のみが実装される形態としてもよい。この場合、光半導体素子用ステム１の受光素子３に関係する要素は省略される。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光半導体素子用ステムでは、基体部を構成するアイレット上の周縁部に防御部が立設され、該防御部の内側に光半導体素子が実装される放熱部が立設されている。これらは全体にわたって同一材料（銅などの熱伝導性が高い材料）から構成されている。そして、放熱部の側面に気密封止を必要としない光半導体素子が実装される。
【００４７】
このように、ステム全体が熱伝導性の高い金属で構成されるようにしたので、ステムに光半導体素子が実装された光半導体装置では、光半導体素子の温度上昇が抑えられて、光半導体素子から放出される光の出力や波長が変動するなどの不具合の発生が防止される。
【００４８】
また、アイレットの周縁部に防御部を設けたので、ステムを容易にハンドリングできると共に、光半導体素子が実装された後のハンドリング時に光半導体素子やそれに接続されるワイヤに損傷を与えることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施形態の光半導体素子用ステムを示す斜視図である。
【図２】図２は図１の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された様子を図１のＡ方向からみた側面図である。
【図３】図３は図１の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された様子を図１の上側からみた平面図である。
【図４】図４は本発明の第２実施形態の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された光半導体装置を示す平面図である。
【図５】図５は本発明の第３実施形態の光半導体素子用ステムを示す斜視図である。
【図６】図６は従来の光半導体素子用ステムに光半導体素子が実装された光半導体装置の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，１ｘ・・・光半導体素子用ステム、
１ａ，１ｂ・・・光半導体装置、
２・・・半導体レーザ素子、
２ａ・・・光出射面、
２ｂ・・・反対面、
３・・・受光素子、
１０・・・アイレット、
１０ａ・・・切り欠き部、
１２・・・放熱部、
１２ａ・・・素子実装面、
１４・・・防御部、
１４ａ・・・開口部、
１６・・・へこみ部、
２０ａ・・・半導体レーザ素子用リード、
２０ｂ・・・受光素子用リード、
２０ｃ・・・共通（グランド）リード、
２２ａ，２２ｂ・・・ワイヤ。
【図１】
2004349320.tif 000003
【図２】
2004349320.tif 000004
【図３】
2004349320.tif 000005
【図４】
2004349320.tif 000006
【図５】
2004349320.tif 000007
【図６】
2004349320.tif 000008