(57)【要約】【課題】枠体と蓋体との気密封止を良好にするとともに光ファイバの高い光学特性が得られることにより、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすること。【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、基体１の上面に載置部１ａを取り囲むように取着され、上面に光ファイバを通してろう材により固定するための断面形状がＵ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有するとともに、上面に蓋体がろう材により接合される枠体２とを具備し、ろう材は、ヤング率が１０乃至４０ＧＰａ、熱膨張係数が２０×１０−６乃至３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０乃至１５Ｈｖである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を取り囲むように取着され、上面に光ファイバを通してろう材により固定するための断面形状がＵ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有するとともに、前記上面に蓋体が前記ろう材により接合される枠体とを具備しており、前記ろう材は、ヤング率が１０乃至４０ＧＰａ、熱膨張係数が２０×１０−６乃至３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０乃至１５Ｈｖである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】
前記ろう材は、金を１５乃至２５質量％および錫を７５乃至８５質量％含有していることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
前記光ファイバは、偏波保持光ファイバである請求項１または請求項２記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記ろう材は、前記蓋体の下面で前記枠体の前記上面に接合される領域に、厚みが０．０８乃至０．１２ｍｍで、幅が前記枠体の前記上面の幅の３０乃至１００％である枠状に被着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定された光半導体素子と、前記光ファイバ導入部に通されて前記光半導体素子に光学的に結合するようにしてろう付けされた光ファイバとを具備している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ＬＤ（レーザダイオード）、ＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子を収容するための光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体素子を収納した光半導体装置に関する。
【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、パッケージともいう）の例を図６に斜視図で示す。また、このパッケージにＬＤ、ＰＤ等を収容した後に光ファイバに光結合させて成る光半導体装置を図７に斜視図で示す。
【０００３】
従来のパッケージは、上面に光半導体素子１７が載置される載置部１１ａを有するとともに、外部電気回路基板にネジ止めされるフランジ部１１ｂを外周部に有する基体１１と、基体１１の上面に載置部１１ａを取り囲むように取着され、対向する一対の側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部ともいう）１２ａを有するとともに、対向する一対の他側部の中央部に光ファイバ１８を導入するための貫通孔から成る光ファイバ導入部（以下、導入部ともいう）１２ｃを有し、さらに導入部１２ｃの対向する一対の他側部の外面にパイプ取着部（以下、取着部ともいう）１２ｂを有する枠体１２と、取着部１２ｂを取り囲むように接合されるとともに光ファイバ１８を導入部１２ｃに導くためのパイプ１３と、取付部１２ａに嵌着されるとともに上面にメタライズ層１４ａと外部リード１４ｂとを有する入出力端子１４とから主に構成されている。
【０００４】
また、光半導体装置は、載置部１１ａの上面に光半導体素子１７、光ファイバ整列器（以下、整列器ともいう）１６が保持台１５を介して載置されるとともに、光ファイバ１８が導入部１２ｃを介してパイプ１３から光半導体素子１７にかけて導入され、光ファイバ１８を整列器１６上面の断面がＶ字状のＶ溝１６ａに沿って前後させることにより光半導体素子１７に光結合される。さらに、光結合した後にホルダー１３ａをパイプ１３の先端面にＹＡＧ溶接等により溶接するとともに、蓋体１９を枠体１２上面にＹＡＧ溶接またはろう付けすることにより、パッケージ内部が気密に封止された光半導体装置が完成する。この光半導体装置は光半導体素子１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられる。
【０００５】
しかしながら、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ１８をパッケージ内部に導入する場合、複数の光ファイバ１８をパッケージ内部に導入し、さらに光半導体素子１７に光結合させるのは作業上非常に煩雑である。具体的には、光ファイバ１８を安定して載置固定する部位が整列器１６のＶ溝１６ａの部位のみであるため、光ファイバ１８が複数ある場合、たとえ１本目の光ファイバ１８が光結合できたとしても他の光ファイバ１８を光結合させる際に１本目の光ファイバ１８の光結合が損なわれるため、すなわち光軸がずれることがあるため、全ての光ファイバ１８の光軸を合わせるのは非常に困難であるという問題点があった。また、作業が非常に煩雑であるため、作業中に光ファイバ１８を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【０００６】
また、たとえ複数の光ファイバ１８と光半導体素子１７とを光結合できたとしても、その後にホルダー１３ａをパイプ１３の先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体１９を枠体１２上面に接合する工程との２工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ１８を歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子１７と光ファイバ１８との光結合がわずかながらも劣化するという問題点があった。
【０００７】
そのため、従来のパッケージおよび光半導体装置においては、光半導体素子１７の作動性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないことがあるといった問題点があった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平９−２２３８０６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の問題点を解決するために、本願出願人は、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してろう付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がろう付けされる枠体と、枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したパッケージおよびこれを用いた光半導体装置を提案した（特願２００２−２５３８６２号参照）。
【００１０】
これにより、従来のように光ファイバをパイプを介してパッケージの内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光半導体素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとすることができるとともに一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。
【００１１】
また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してろう付けすることにより、パイプを介してパッケージ内部に導入された光ファイバをＹＡＧ溶接等により溶接することが不要となり、蓋体を枠体の上面にろう付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、光ファイバおよび蓋体のろう付けのための加熱工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得ることができる。
【００１２】
しかしながら、上記提案のパッケージおよび光半導体装置は、ろう材については単に金−錫ろう材等の低融点ろう材を用いるとしているのみであり、ろう材の組成や量によっては、その軟化溶融温度が低くなり、光半導体素子をパッケージに気密封止した光半導体装置を半田等を介して外部電気回路基板等に実装する際の加熱によりろう材が再溶融して光半導体装置の気密性が劣化したり、ろう材の硬度が高くなって光ファイバに過度の応力が加わり光ファイバの光学特性が低下してしまうという問題点を有していた。
【００１３】
また、石英ファイバから成る偏波保持光ファイバ等が消光比等の光学特性が良好なことから多用されているが、偏波保持光ファイバをろう材により強固に固定して気密性を確保するとともに消光比２５ｄＢ以上を満足することはきわめて困難であるという問題点があった。
【００１４】
したがって、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、枠体と蓋体との気密封止を良好にするとともに光ファイバの高い光学特性が得られることにより、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るパッケージおよび光半導体装置を提供することにある。
【００１５】
【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、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を取り囲むように取着され、上面に光ファイバを通してろう材により固定するための断面形状がＵ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有するとともに、前記上面に蓋体が前記ろう材により接合される枠体とを具備しており、前記ろう材は、ヤング率が１０乃至４０ＧＰａ、熱膨張係数が２０×１０−６乃至３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０乃至１５Ｈｖであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、枠体の光ファイバ導入部に光ファイバをろう付けするためのろう材は、ヤング率が１０乃至４０ＧＰａ、熱膨張係数が２０×１０−６乃至３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０乃至１５Ｈｖであることから、ろう材によって光ファイバに光学特性を劣化させるような歪みが生じず、その結果大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を作製できる。また、ロウ材自体が柔軟性に優れ硬度も低いので、光半導体装置の製造工程において光ファイバを破損することがないといった利点を有する。さらに、複数の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに複数の光ファイバを安定して固定でき、さらには光ファイバおよび蓋体をろう付けするための加熱工程が１回で済むため、光ファイバを歪ませるような応力の発生を有効に抑えることができる。その結果、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好とでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る。
【００１７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記ろう材は、金を１５乃至２５質量％および錫を７５乃至８５質量％含有していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくはろう材は、金を１５乃至２５質量％および錫を７５乃至８５質量％含有していることから、上記本発明の作用効果に加えて、ろう材の軟化溶融温度が光半導体装置を半田等を介して外部電気回路基板等に実装する際の加熱温度よりも高くなり、光半導体装置を外部電気回路基板等に実装する際にろう材が再溶融して光半導体装置の気密性が劣化することはない。
【００１９】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記光ファイバは、偏波保持光ファイバであることを特徴とする。
【００２０】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは光ファイバは偏波保持光ファイバであることから、光学特性が良好な偏波保持光ファイバをろう材により強固に固定して気密性を確保するとともに消光比２５ｄＢ以上を満足することが可能となる。
【００２１】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記ろう材は、前記蓋体の下面で前記枠体の前記上面に接合される領域に、厚みが０．０８乃至０．１２ｍｍで、幅が前記枠体の前記上面の幅の３０乃至１００％である枠状に被着されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、ろう材は、蓋体の下面で枠体の上面に接合される領域に、厚みが０．０８乃至０．１２ｍｍで、幅が枠体の上面の幅の３０乃至１００％である枠状に被着されていることから、枠体の上面に蓋体を載置してろう材を加熱することにより光ファイバおよび蓋体を枠体に容易に接合でき、その結果、ろう付け作業を非常に簡略化することができる。また、気密封止性に優れた光半導体装置を作製することができる。
【００２３】
本発明の光半導体装置は、本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定された光半導体素子と、前記光ファイバ導入部に通されて前記光半導体素子に光学的に結合するようにしてろう付けされた光ファイバとを具備していることを特徴とする。
【００２４】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、気密性に優れるとともに光ファイバの光学特性が劣化することのない、高信頼性および高性能のものとなる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を以下に詳細に説明する。図１は、本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。これらの図において、１は基体、２は枠体であり、これら基体１および枠体２で光半導体素子を収容する容器が基本的に構成される。
【００２６】
本発明のパッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、基体１の上面に載置部１ａを取り囲むように取着され、上面に光ファイバを通してろう材により固定するための断面形状がＵ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有するとともに、上面に蓋体がろう付材により接合される枠体２とを具備し、ろう材は、ヤング率が１０乃至４０ＧＰａ、熱膨張係数が２０×１０−６乃至３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０乃至１５Ｈｖである。
【００２７】
本発明における基体１は、光半導体素子を支持するための支持部材および光半導体素子から発せられる熱を放散するための四角形状の放熱板であり、その上面の中央部に光半導体素子を載置するための載置部１ａを有している。また、基体１の一対の端部には外部電気回路基板にネジ止めされるようにフランジ部１ｂを枠体２の外側に有していることが好ましい。この場合、ネジ止めされる際の歪みをフランジ部１ｂで吸収緩和することができる。
【００２８】
なお、図１には枠体２の側部に入出力端子４が嵌着されているパッケージの例を示しているが、入出力端子４はなくてもよく、または入出力端子４は基体１の枠体２内側の面に形成された貫通孔に嵌着されていてもよい。
【００２９】
本発明における基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属から成る板状体であり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に製作される。
【００３０】
なお、基体１の表面には耐蝕性に優れかつろう材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５乃至９μｍのＮｉ層と、厚さ０．５乃至５μｍのＡｕ層を順次めっき法により被着させておくのが良く、これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、基体１上面に光半導体素子および枠体２を強固に接着固定させることができる。
【００３１】
また、基体１は、その上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを囲繞するように枠体２が接合されており、枠体２の内側に光半導体素子を収容するための空所が形成される。この枠体２は、基体１と同様に金属から成り、基体１と同様の加工法で、少なくとも一側部の上面の中央部に光ファイバを通してろう付けするための断面形状がＵ字状の溝から成る導入部２ｃを少なくとも一つ有するように加工される。なお、図１には、枠体２の他の側部に貫通孔から成る入出力端子取付部が加工形成されている例を示す。
【００３２】
枠体２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定の枠形状に製作される。また、枠体２の基体１への接合は、基体１の上面と枠体２の下面とを、基体１上面に敷設した、適度な体積を有するプリフォームとされた銀（Ａｇ）ろう等のろう材を介して接合することにより行なわれる。さらに、基体１と同様に、枠体２の表面に厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層とを順次めっき法により被着させておくのが良い。
【００３３】
枠体２に設けられた導入部２ｃは、少なくとも一本の光ファイバを通してろう付けするための断面形状がＵ字状の溝から成る。この導入部２ｃは、光ファイバを安定に載置固定する機能を有するとともに、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止めする場合においても、ネジ止めによりフランジ部１ｂに発生して光ファイバに伝わる応力を非常に小さくすることができる。すなわち、導入部２ｃは、高さ方向でフランジ部１ｂから最も遠い枠体２の上面に形成されているからである。
【００３４】
さらに、導入部２ｃは、内側に光ファイバを通してろう付けして固定した際に、光ファイバのろう付け部の外周面を均一にろう材で覆うことが可能な形状であるため、ろう材が溶融して光ファイバの外周面と導入部２ｃとの間を封止する際に発生するろう材中のボイドの原因となる導入部２ｃに存在している空気を外部へ抜け易くする作用がある。そのため、ろう材中のボイドの発生を皆無とし、導入部２ｃにおける気密封止を良好とする機能も有する。
【００３５】
この導入部２ｃは、図２に部分拡大斜視図で示すように、導入部２ｃを通して導入される光ファイバの直径をｒ（μｍ）とした場合、その開口の幅Ａがｒ＋５μｍ〜ｒ＋２００μｍであり、深さＢがｒ＋５μｍ〜ｒ＋２００μｍであることが好ましい。
【００３６】
開口の幅Ａがｒ＋５μｍ未満の場合、光ファイバの外周面を均一に覆うようにろう付けできなくなり、ろう材中のボイドの発生を皆無とできなくなって、導入部２ｃにおける気密封止を良好なものとできなくなり、光半導体素子を気密封止することが困難となる。一方、幅Ａがｒ＋２００μｍを超える場合、光ファイバを導入部２ｃの中央部に安定して固定するのが困難となるため、導入部２ｃにおける光ファイバの断面の中心点と、光軸調整用として機能する、載置部１ａに保持台を介して光半導体素子とともに載置される光ファイバの整列器のＶ溝に載置固定された光ファイバの断面の中心点とが位置ずれを起こすようになる。そのため、光ファイバに応力が発生して折れやすくなり、このパッケージを用いた光半導体装置の信頼性が非常に低くなるという問題点を生じることとなる。
【００３７】
また、深さＢがｒ＋５μｍ未満の場合、光ファイバの外周面を均一に覆うようにろう付けできなくなり、ろう材中のボイドの発生を皆無とできなくなって、導入部２ｃにおける気密封止を良好なものとできなくなり、光半導体素子を気密封止することが困難となる。一方、深さＢがｒ＋２００μｍを超える場合、枠体２を基体１の上面に接合した際のそれぞれの熱膨張係数差に起因した枠体２および基体１のそりや捻じれによって発生した歪をネジ止めにより平坦に戻そうとする応力が、基体１から枠体２の導入部２ｃおよびろう材を介して光ファイバに伝わるようになるので、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止め固定した際、光ファイバを折れ易くする程度の応力が基体１から導入部２ｃ，ろう材を介して光ファイバ８に伝わることになる。その結果、このパッケージを用いた光半導体装置の信頼性が非常に低くなるという問題点を生じる。
【００３８】
また、導入部２ｃの奥行き、すなわち枠体２の厚さは０．７〜１．８ｍｍ程度が好ましい。奥行きが０．７ｍｍ未満の場合、光ファイバを安定して固定できないため、導入部２ｃにおける光ファイバの断面の中心点と、光軸調整用として機能する、載置部１ａに保持台を介して光半導体素子とともに載置される光ファイバの整列器のＶ溝に載置固定された光ファイバの断面の中心点とが位置ずれを起こすようになる。そのため、光ファイバに応力が発生して折れやすくなり、このパッケージを用いた光半導体装置の信頼性が非常に低くなるという問題点を生じることとなる。また、ろう材が溶融して光ファイバの外周面と導入部２ｃとの間を封止する際に接合面積が不十分なために、気密封止を良好なものとできなくなり、光半導体素子を気密封止することが困難となる。１．８ｍｍを超えると、ろう材が溶融して光ファイバの外周面を均一に覆うように回り込んでろう付けできなくなり、ろう材中のボイドの発生を皆無とできなくなって、導入部２ｃにおける気密封止を良好なものとできなくなり、光半導体素子を気密封止することが困難となる。
【００３９】
本発明において、ろう材は、ヤング率が１０乃至４０ＧＰａ、熱膨張係数が２０×１０−６乃至３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０乃至１５Ｈｖである。このような特性を満たすろう材としては、例えば、Ａｕ主成分のＡｕ８０−Ｓｎ２０（Ａｕ８０質量％、Ｓｎ２０質量％のもので、以下、Ａｕ８０−Ｓｎ２０と記載する），Ａｕ８８−Ｇｅ１２，Ａｕ９２．６−Ｇｅ７．４、Ｐｂ主成分のＰｂ９６．５−Ａｇ３．５、Ｓｎ主成分のＳｎ９０−Ａｕ１０，Ｓｎ９６．５−Ａｇ３．５，Ｓｎ９５．０−Ａｇ３．５−Ｉｎ１．５，Ｓｎ９６．５−Ｓｂ３．５，Ｓｎ９５．０−Ｓｂ５．０，Ｓｎ９１．５−Ｓｂ８．５，Ｓｎ６３−Ｐｂ３７，Ｓｎ９９．３−Ｃｕ０．７，Ｓｎ９６．５−Ａｇ３．０−Ｃｕ０．５などが好適に用いられる。
【００４０】
ヤング率が１０ＧＰａ未満であると、ろう材の硬化による収縮の影響で光ファイバに局所的な応力が働き、光ファイバを傷付ける危険性がある。また、４０ＧＰａを超えると、ろう付け後に光ファイバの位置決めが不安定な状態となり易い。
【００４１】
熱膨張係数が２０×１０−６／℃未満であると、ろう材と枠体２に形成されたＵ字状の溝から成る導入部２ｃとの間で大きな応力差が生じ、ろう材と導入部２ｃとの接合界面からろう材側にクラックが発生する危険性がある。また、３０×１０−６／℃を超えた場合にも、ろう材と光ファイバとの間で大きな応力差が生じ、ろう材と光ファイバとの接合界面からろう材側にクラックが発生する危険性がある。
【００４２】
ビッカース硬度が１０Ｈｖ未満であると、ロウ付け後に光ファイバの位置決めが不安定な状態となり、安定した光学特性を得られない。また、１５Ｈｖを超えると、蓋体とろう材および枠体２とろう材との間において接合力が弱くなり、光半導体装置の気密が破れてリークが生ずる危険性がある。
【００４３】
本発明のろう材は、金を１５乃至２５質量％、錫を７５乃至８５質量％含有していることが好ましい。このろう材は、上記の範囲のヤング率、熱膨張係数およびビッカース硬度を有するとともに、ろう材の軟化溶融温度（３８０℃程度）が光半導体装置に半田等を介して外部電気回路基板等に実装する際の加熱温度（２５０℃程度）よりも高くなり、光半導体装置を外部電気回路基板等に実装する際にろう材が再溶融して光半導体装置の気密性が劣化することはないという作用効果を有する。
【００４４】
金の含有量が１５質量％未満の場合かつ錫の含有量が８５質量％を超える場合、ロウ材自体の融点が下がるため、光半導体装置を気密封止した後に外部電気回路基板等に実装をする際の加熱温度により、ロウ材が軟化溶融して気密封止を損ない易くなる。一方、金の含有量が２５質量％を超えかつ錫の含有量が７５質量％未満の場合、ロウ材自体の硬度が非常に高くなるため、光ファイバに大きな応力がかかり光学特性を劣化させる危険性がある。
【００４５】
また本発明において、光ファイバは偏波保持光ファイバであることがよく、この場合、光学特性が良好な偏波保持光ファイバをろう材により強固に固定して気密性を確保するとともに消光比２５ｄＢ以上を満足することが可能となる。
【００４６】
さらに本発明において、ろう材は、蓋体の下面で枠体２の上面に接合される領域に、厚みが０．０８乃至０．１２ｍｍで、幅が枠体２の上面の幅の３０乃至１００％である枠状に被着されていることが好ましい。この場合、枠体２の上面に蓋体を載置してろう材を加熱して光ファイバおよび蓋体を枠体２に容易に接合でき、その結果、ろう付け作業を非常に簡略化することができる。また、気密封止性に優れた光半導体装置を作製できる。
【００４７】
ろう材の厚みが０．０８ｍｍ未満の場合、ろう材の量が不足して気密封止が困難となり、０．１２ｍｍを超える場合、ろう材の量が多いため、枠体２の側面にろう材が流れ出して出入力端子４と接して絶縁不良となるおそれがある。また、ろう材の幅が枠体２の上面の幅の３０％未満の場合、ろう材を加熱して光ファイバおよび蓋体を枠体２に接合するとろう材の濡れ広がりで部分的な接合欠陥が発生して気密封止が困難となる。１００％を超えると、ろう材が枠体２の上面の幅領域からはみ出すために、枠体２の側面にろう材が流れ出して出入力端子４と接して絶縁不良となるおそれがある。
【００４８】
また、枠体２の取付部２ａには、パッケージと外部電気回路基板との電気的接続を行うための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、その一部に形成された配線導体としてのメタライズ層４ａと光半導体素子７とをボンディングワイヤ等で電気的に接続することにより、光半導体素子に高周波信号を入出力する機能を有する。
【００４９】
この入出力端子４は、高周波信号が伝送する線路導体と接地導体とから成るメタライズ層４ａが、枠体２内外を導通するように形成された、直方体状の誘電体から成る平板部と、平板部の上面にメタライズ層４ａの一部を間に挟んで接合され、枠体２内外を遮断するように形成された直方体状の誘電体から成る立壁部とから成る。この平板部や立壁部の材料には、その誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等が適宜選定される。
【００５０】
この入出力端子４は、平板部や立壁部となる原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合して成るペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法により形成されたセラミックグリーンシートに、メタライズ層４ａとなるタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、従来周知のスクリーン印刷法により所望の形状に印刷塗布し、約１６００℃の高温で焼結することにより製作される。
【００５１】
また、枠体２外側のメタライズ層４ａの上面には、パッケージ内の光半導体素子と外部電気回路基板とを電気的に接続する外部リード４ｂがＡｇろう等のろう材を介して接合される。この外部リード４ｂは、入出力端子４との接合を強固にするために、入出力端子４の熱膨張係数に近似する材料からなる。例えば、外部リード４ｂは、入出力端子４の平板部がアルミナセラミックスから成る場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金から成る。
【００５２】
本発明のパッケージは、図３に示すように、載置部１ａに光半導体素子７，整列器６が保持台５を介して載置されるとともに、光ファイバ８が導入部２ｃを介して外部から光半導体素子７にかけて導入され、光ファイバ８を整列器６上面のＶ溝６ａに沿って前後させることにより光半導体素子７に光結合される。その後、片面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ろう材等の低温ろう材９ａが下面にクラッドされている蓋体９を、導入部２ｃを含む枠体２の上面にろう付けすることにより、内部が気密に封止された光半導体装置が完成する。
【００５３】
この光半導体装置は、導入部２ｃに固定される光ファイバ８の部位の保護膜（樹脂等）を剥がして石英ガラス（光ファイバ８の芯線）を露出させて、光ファイバ８の芯線の外周面全面にＮｉ，Ａｕ等のメッキ層を順次被着させておくことにより、光ファイバ８の外周面がメッキ層を介して導入部２ｃ，蓋体９にろう付けされ、導入部２ｃが気密封止されることになる。そして、この光半導体装置は大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【００５４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障無い。例えば、図４に示すように、枠体２の外面で導入部２ｃの下方に光ファイバ支持部材３を接合しても良く、この場合、図５に示すように光半導体装置とした後に外部電気回路基板にネジ止め等するために光ファイバ８を上下左右にランダムに動かすようなことがあっても、光ファイバ支持部材３の先端部が光ファイバ８の曲げ起点となるため、導入部２ｃのろう材や光ファイバ８に直接的に応力が伝わらない。またこの場合、蓋体９には光ファイバ支持部材３の上面に接合されるように突出部９ｂを設けるのが好ましく、光ファイバ８を上方向に動かした場合に突出部９ｂを光ファイバ８の曲げ起点とすることができる。その結果、光ファイバ８の接合の信頼性が高い光半導体装置となる。
【００５５】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００５６】
（実施例１）
まず、長辺方向の一対の端部に直径が２．５ｍｍのフランジ部１ｂが設けられた外形寸法が縦４２ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍのＣｕ−Ｗ合金から成る基体１を準備した。次に、基体１の上面に、外形寸法が縦３２ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ３．５ｍｍで枠部の厚さ（内外面間の厚さ）が１ｍｍで、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る枠体２をＡｇロウで接合した。この枠体２は、対向する一対の側部に貫通孔から成る取付部２ａがそれぞれ設けられるとともに、対向する一対の他の側部のそれぞれの上面の中央部に、断面形状がＵ字状の溝を８個ずつ合計１６個形成して成る導入部２ｃを設けた。また、枠体２の貫通孔から成る取付部２ａにＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る入出力端子４をＡｇロウで嵌着し接合した。
【００５７】
なお、本実施例は導入部２ｃの信頼性を調査するためのものであることから、入出力端子４には外部電気回路基板との電気的接続を行うためのメタライズ層４ａや外部リード４ｂは設けていない。これにより、簡易的な構成のパッケージを作製した。
【００５８】
そして、パッケージ内の載置部１ａに保持台５，整列器６，光半導体素子７をＳｎ−Ｐｂ半田で接合するとともに、１６本の光ファイバ８を導入部２ｃに通して光半導体素子７との光結合を行なった。
【００５９】
次に、枠体２の上面に接合される領域である下面の外周部に、厚さ０．１ｍｍ、幅０．６ｍｍのロウ材９ａがクラッドされた蓋体９を準備した。このとき、ロウ材９ａの組成比を変えたり、他の金属元素を添加することにより、ヤング率が５，１０，３０，４０，５０（ＧＰａ）、熱膨張係数が２０×１０−６〜３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０〜１５Ｈｖである蓋体９の各種サンプル（Ｓ１〜Ｓ５）を作製した。また、ヤング率が１０〜４０ＧＰａ、熱膨張係数が１５×１０−６／℃，２０×１０−６／℃，３０×１０−６／℃，４０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０〜１５Ｈｖである蓋体９の各種サンプル（Ｓ６〜Ｓ９）を作製した。また、ヤング率１０〜４０ＧＰａ、ビッカース硬度が５，７，１０，１２，１５，１８（Ｈｖ）、熱膨張係数が２０×１０−６〜３０×１０−６／℃である蓋体９の各種サンプル（Ｓ１０〜Ｓ１５）を作製した。
【００６０】
これらの蓋体を、導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けし各種光半導体装置のサンプルを作製した。なお、導入部２ｃに固定される、偏波保持光ファイバである光ファイバ８の部位の保護膜を剥がして石英ガラス（芯線）を露出させて、芯線の外周面全面に厚さ１μｍのＮｉメッキ層と厚さ１μｍのＡｕメッキ層を順次被着し、芯線の外周面がメッキ層を介して導入部２ｃおよび蓋体９にロウ付けされるようにした。
【００６１】
以上の各サンプルについて、熱衝撃試験（ＭＩＬ−ＳＴＤ  ８８３Ｃ  ＣＯＮＤ．Ａ）を行なった後、ヘリウム（Ｈｅ）ガスのリーク試験（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３）を行なった。判定は、リーク量が１×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下を○、１×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超えたものを×とした。併せて、ロウ材におけるクラックの発生と、光ファイバの光学特性（消光比）の確認を行った。クラックの発生が無いものは○、あるものは×とした。それらの結果を表１に示す。
【００６２】
【表１】
2004258269.tif 000003
【００６３】
表１より、Ｓ１，Ｓ５，Ｓ１０，Ｓ１１では、消光比が２５ｄＢ未満となり光学特性を満足することができなかった。また、Ｓ６，Ｓ９，Ｓ１５では、クラックの発生が原因と思われるリークの発生が見られた。一方、本発明のサンプルＳ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１２，Ｓ１３，Ｓ１４では、消光比が２５ｄＢ以上となり光学特性を満足し、またクラックの発生によるリークの発生は認められかった。
【００６４】
（実施例２）
ロウ材９ａとしてＡｕ−Ｓｎ合金ろう材を用いて、その組成比を種々の値（下記表２参照）とした以外は上記実施例１と同様に作製したサンプルを用意した。これらのサンプルを外部電気回路基板の電極に半田（Ｓｎ６３−Ｐｂ３７：融点１８３℃）を介して接続し実装した際に、導入部２ｃのろう材９ａが軟化して気密性が劣化したか否かについてＨｅリーク試験（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３）を行なった。また、光ファイバ８について、ろう材９ａが軟化することによって光半導体素子７との光学結合の劣化が生じていないか接続損失の測定を、偏光消光比モニタ装置（Ｓａｎｔｅｃ社製「ＰＥＭ−３２０」）を用いて行なった。その結果を表２に示す。なお、表２においてろう材９ａのヤング率、熱膨張係数、ビッカース硬度を付記した。
【００６５】
【表２】
2004258269.tif 000004
【００６６】
表２より、Ｓ２０では、クラックの発生が原因と思われるリークの発生が見られた。また、Ｓ１６では、消光比が２５ｄＢ未満となり光学特性を満足することができなかった。一方、本発明のサンプルＳ１７，Ｓ１８，Ｓ１９では、クラックの発生によるリークの発生は認められず、消光比も２５ｄＢ以上となり光学特性を満足した結果であった。
【００６７】
（実施例３）
上記実施例１のＳ７において、ロウ材９ａの厚さおよび幅を種々の値（下記表３参照）とした光半導体装置のサンプルを作製し、Ｈｅリーク試験（ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３）を行ない、気密性を調べた。その結果を表３に示す。
【００６８】
【表３】
2004258269.tif 000005
【００６９】
表３より、Ｓ２１，Ｓ２６，Ｓ３１，Ｓ３６，Ｓ４１，Ｓ４６は、ロウ材量が不足して気密封止不良であり、またＳ２５，Ｓ３０，Ｓ３５，Ｓ４０，Ｓ４５，Ｓ５０は、ロウ材量が多いために枠体２の側面にロウ材が流れだし、出入力端子４と接してショート不良となった。幅については、Ｓ２１〜Ｓ２５では、ロウ材の量が不足して気密封止不良であり、Ｓ４６〜Ｓ５０では、ロウ材の量が多いため枠体２の側面にロウ材が流れだし、出入力端子４と接してショートが発生した。
【００７０】
一方、本発明のサンプルＳ２７〜Ｓ２９，Ｓ３２〜Ｓ３４，Ｓ３７〜Ｓ３９，Ｓ４２〜Ｓ４４，Ｓ４７〜Ｓ４９では、クラックの発生によるリークの発生は認められず、気密性を満足するという結果であった。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、枠体の光ファイバ導入部に光ファイバをろう付けするためのろう材は、ヤング率が１０乃至４０ＧＰａ、熱膨張係数が２０×１０−６乃至３０×１０−６／℃、ビッカース硬度が１０乃至１５Ｈｖであることから、ろう材によって光ファイバに光学特性を劣化させるような歪みが生じず、その結果大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を作製できる。また、ロウ材自体が柔軟性に優れ硬度も低いので、光半導体装置の製造工程で光ファイバを破損することがないといった利点を有する。さらに、複数の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに複数の光ファイバを安定して固定でき、さらには光ファイバおよび蓋体をろう付けするための加熱工程が１回で済むため、光ファイバを歪ませるような応力の発生を有効に抑えることができる。その結果、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好とでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る。
【００７２】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくはろう材は、金を１５乃至２５質量％および錫を７５乃至８５質量％含有していることから、上記本発明の作用効果に加えて、ろう材の軟化溶融温度が光半導体装置を半田等を介して外部電気回路基板等に実装する際の加熱温度よりも高くなり、光半導体装置を外部電気回路基板等に実装する際にろう材が再溶融して光半導体装置の気密性が劣化することはない。
【００７３】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは光ファイバは偏波保持光ファイバであることから、光学特性が良好な偏波保持光ファイバをろう材により強固に固定して気密性を確保するとともに消光比２５ｄＢ以上を満足することが可能となる。
【００７４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、ろう材は、蓋体の下面で枠体の上面に接合される領域に、厚みが０．０８乃至０．１２ｍｍで、幅が枠体の上面の幅の３０乃至１００％である枠状に被着されていることから、枠体の上面に蓋体を載置してろう材を加熱することにより光ファイバおよび蓋体を枠体に容易に接合でき、その結果、ろう付け作業を非常に簡略化することができる。また、気密封止性に優れた光半導体装置を作製することができる。
【００７５】
本発明の光半導体装置は、本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定された光半導体素子と、光ファイバ導入部に通されて光半導体素子に光学的に結合するようにしてろう付けされた光ファイバとを具備していることにより、気密性に優れるとともに光ファイバの光学特性が劣化することのない、高信頼性および高性能のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の光半導体素子収納用パッケージにおける導入部周辺の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図６】従来の光半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図７】従来の光半導体装置の斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：フランジ部
２：枠体
２ａ：入出力端子取付部
２ｃ：光ファイバ導入部
４：入出力端子
７：光半導体素子
８：光ファイバ
９：蓋体
【図１】
2004258269.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004258269.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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