(57)【要約】【課題】光半導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする際に生じる光半導体素子と光ファイバとの間の光軸ずれを基体の放熱性を維持しつつ抑制し、高効率で安定した光信号の入出力を行なうようにすること。【解決手段】光半導体素子収納用パッケージの基体１は、その下面で側部２ｃの外面直下から側部２ｃに対向する電子冷却素子１３または載置用基台６の側面直下までの部位に、厚さが基体１の残部の厚さの１／２乃至１／５とされた薄肉部１ｂが形成されている。【選択図】　図１
2004119805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に光半導体素子が載置用基台または電子冷却素子を介して載置される載置部を有する略直方体の基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように接合され、一側部に貫通孔が形成された略四角形の枠体と、前記貫通孔に嵌着されるかまたは前記貫通孔の枠体外側開口の周囲に一端面が取着された筒状の光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記基体は、その下面で前記枠体の前記一側部に対向する他側部の外面の直下の部位から前記他側部に対向する前記載置用基台または前記電子冷却素子の側面の直下の部位にかけて、厚さが残部の１／５乃至１／２とされた薄肉部が形成されていることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子を収容するための光半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信分野等で使用される半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を収納するため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）の断面図を図２に示す。同図において、１０１，１０２は、金属から成り、容器本体を構成する基体と、側部に貫通孔１０２ａが形成された枠体とをそれぞれ示す。１０３は、金属からなり、その内部に透光性部材１０７ｂが接合され、外側の端面に光アイソレータ１０９および光ファイバ１１１が嵌着された金属ホルダ１１２が接合された筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部材ともいう）である。１０４は光半導体素子、１０５は蓋体である。これら基体１０１、枠体１０２、固定部材１０３、蓋体１０５とで光半導体素子１０４をパッケージ内部に収納する容器を構成する。
【０００３】
このパッケージは、光半導体素子１０４を載置する載置用基台１０６と、光半導体素子１０４からの出射光を集光または平行光に像変換する透光性部材１０７ａを固定する固定ホルダ１０８とが搭載される、ペルチェ素子等の電子冷却素子１１３が載置される載置部１０１ａが形成された基体１０１を有する。基体１０１上面の外周部に、載置部１０１ａを囲繞するように枠体１０２が銀ロウ等のロウ材により接合される。
【０００４】
また、光を集光または平行光とする機能を有する透光性部材１０７ｂが内部に接合されるとともに、光半導体素子１０４への戻り光を防止する光アイソレータ１０９および光ファイバ１１１が挿着された金属ホルダ１１２が接合固定される固定部材１０３が、貫通孔１０２ａの枠体１０２外側開口の周囲に銀ロウ等のロウ材で接合される。また、蓋体１０５と枠体１０２は、それぞれの接合面に形成された金属層を介して金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロウ材やシーム溶接等で接合される。固定部材１０３は、枠体１０２に熱膨張係数が近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、内部に透光性部材１０７ｂが半田材やガラス材等により接合される。また、光アイソレータ１０９および光ファイバ１１１がガラス材や半田材，樹脂接着剤等の接合剤１１０により嵌着された金属ホルダ１１２が、固定部材１０３の外側の端面にＹＡＧレーザ溶接等により接合固定されて、パッケージ内部の気密性を保つ。
【０００５】
基体１０１は、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金，鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の比較的高い熱伝導性を有する金属から成る。また基体１０１は、電子冷却素子１１３から発生する熱を吸収し大気中に放散するための放熱板として機能するとともに、電子冷却素子１１３を支持する支持部材である。
【０００６】
枠体１０２は、基体１０１の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属から成り、一側部に貫通孔１０２ａが形成され、他側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子の取付部（図示せず）が設けられる。
【０００７】
また、載置用基台１０６は、電子冷却装置１１３の熱膨張係数と近似するアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等の誘電体から成る。その上面には、高周波信号が伝送されるモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結して成る配線が形成されるとともに、光半導体素子１０４を搭載する導体層が形成されている。また、電子冷却素子１１３は、一般にＰ型素子とＮ型素子から成る熱電半導体素子より構成され、熱電半導体素子に電流を入力することによりペルチェ効果を生じさせ、吸熱，発熱を行なう素子である。そして、電子冷却素子１１３は載置部１０１ａにインジウム（Ｉｎ）−鉛（Ｐｂ）−銀（Ａｇ）半田や錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の半田材により取着される。
【０００８】
そして、枠体１０２の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属またはアルミナセラミックス等のセラミックスから成る蓋体１０５を、枠体１０２および蓋体１０５の各接合面に形成された金属層を介してＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材やシーム溶接で接合することにより、パッケージ内に光半導体素子１０４を気密に収納しその動作性を良好なものとする。
【０００９】
このように、基体１０１、枠体１０２、固定部材１０３、蓋体１０５とで光半導体素子１０４をパッケージの内部に収納するとともに、載置用基台１０６に載置される光半導体素子１０４と入出力端子（図示せず）とを電気的に接続することにより、光半導体素子１０４に高周波信号を入出力し作動させ得るパッケージとなる（例えば、下記の特許文献１〜４参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−３１４７４７号公報
【特許文献２】
特開平１１−７４６１９号公報
【特許文献３】
特開平１１−７４３９４号公報
【特許文献４】
特開平１１−７４３９５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいて、例えば基体１０１を構成する金属がＣｕ−Ｗ合金、枠体１０２を構成する金属がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金である場合、それぞれの熱膨張係数は相違する。従って、基体１０１と枠体１０２とを銀ロウ等のロウ材により接合するために加熱、冷却する場合、冷却する際の基体１０１と枠体１０２との熱膨張係数差に起因して生じる内部応力により、基体１０１には最大高低差１０〜３０μｍ程度の反りが生じていた。
【００１２】
そして、光半導体素子１０４と透光性部材１０７ａ，１０７ｂと光ファイバ１１１との光軸を調芯し組み立てられた光半導体装置を、基体１０１の四隅のネジ止め部（図示せず）を介して外部電気回路基板にネジで締め付けた場合、ネジ止めの外力により基体１０１が矯正されたり、光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等により基体１０１の反りが矯正される。その結果、基体１０１の中央部が高さ方向に変位し、光半導体素子１０４と光ファイバ１１１および透光性部材１０７ｂとの間に１０μｍ以上の位置ずれが生じ、光半導体素子１０４と光ファイバ１１１との光結合効率が著しく劣化する。その結果、光半導体装置の外部に光信号を効率よくかつ安定して出力できなくなるという問題点があった。
【００１３】
そこで、上記問題点を解消するために、基体の中央部の厚みをｘ、両端の厚みをｔとした場合、０．３ｍｍ≦ｔ≦１ｍｍ、ｘ≧２ｔを満足するものが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１のパッケージでは、基体の中央部を両端よりも厚くする必要があり、光半導体装置のさらなる薄型化を行なうことは困難である。
【００１４】
また、上記問題点を解決する他の構成として、Ｃｕ−Ｗ合金から成る基体の両端領域にネジ止めを行なうための貫通孔を有し、ヤング率が１．９６×１０５Ｎ／ｍｍ２以下で降伏応力が４．９×１０２Ｎ／ｍｍ２以下の金属から成るネジ止め部材が枠体から突出するように設けられたものが提案されている（特許文献２参照）。このパッケージをネジ止め部材を介して外部電気回路基板等にネジ止めして強固に固定する場合、ネジ止め時の外力によって生じる内部応力により生じる基体の変形を抑制でき、光半導体素子の高さ方向の位置ずれを有効に抑えることができる。その結果、光半導体素子と光ファイバとの光軸がずれず、それらの間で光信号の入出力を効率よくかつ安定して行なえ、また光半導体装置の薄型化が可能となる。
【００１５】
しかしながら、特許文献２のパッケージでは、金属から成るネジ止め部材を平面視形状が長方形の枠体の短辺側から突出するように基体の両端に設けていたため、基体とネジ止め部材を銀ロウ等で接合する工程が必要となる。その結果、パッケージの組立工程が複雑になって組立工程が増えることにより歩留まりが低下する要因となる。また、ネジ止め部の位置精度も低下し易く、基体とネジ止め部が別体であるため構造が複雑となりパッケージが高価になるとともに、ネジ止めによって基体と基体両端のネジ止め部との接合部に応力が集中することにより、パッケージが破損し易くなるという問題点を有していた。
【００１６】
また、枠体に固定された金属からなる第１の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に固定され、第１の底板よりもヤング率が大きい第２の底板とを備えた光半導体気密封止容器（特許文献３参照）、および、枠体に固定された金属から成る第１の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に固定され第１の底板よりもヤング率の小さい金属から成る第２の底板とを備えた光半導体気密封止容器（特許文献４参照）が公知である。これらにおいては、上記の問題点に加え、銀ロウ付けの面積が大きくなるため第１の底板と第２の底板との間の銀ロウ付けの接合部にボイドが発生することにより、光半導体装置内部の光半導体素子および駆動素子の熱が第１の底板から銀ロウを介して第２の底板へ伝わる際の熱伝達率が低下し、光半導体装置を長期にわたって安定的に作動させることができないという問題点を有していた。
【００１７】
従って、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、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする場合、ネジ止めに加わる外力によりパッケージの製造工程で生じた基体の反りが矯正されたり、光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等が当接して基体が矯正されることによる、光半導体素子と透光性部材と光ファイバとの光軸のずれを、部品点数を増加させることなく低コストに抑制することにある。
【００１８】
【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用基台または電子冷却素子を介して載置される載置部を有する略直方体の基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように接合され、一側部に貫通孔が形成された略四角形の枠体と、前記貫通孔に嵌着されるかまたは前記貫通孔の枠体外側開口の周囲に一端面が取着された筒状の光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記基体は、その下面で前記枠体の前記一側部に対向する他側部の外面の直下の部位から前記他側部に対向する前記載置用基台または前記電子冷却素子の側面の直下の部位にかけて、厚さが残部の１／５乃至１／２とされた薄肉部が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体は、その下面で枠体の一側部に対向する他側部の外面の直下の部位から他側部に対向する載置用基台または電子冷却素子の側面の直下の部位にかけて、厚さが残部の１／５乃至１／２とされた薄肉部が形成されていることにより、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする際に、光半導体素子収納用パッケージの製造工程で生じた基体の反りが矯正されたり、外部電気回路基板等の反りで基体が矯正されることによる、載置用基台または電子冷却素子から固定部材が取着される一側部にわたる基体の反りを有効に抑制できる。その結果、光半導体素子と、固定部材に取着される光ファイバおよび透光性部材との間で生じる光軸ずれを有効に抑制でき、部品点数や製造工程を増加させることなく低コストに光半導体装置の光結合効率の劣化を抑制し安定した光信号の入出力を行なうことができる。
【００２０】
【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について以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の例を示す側断面図である。同図において、１は容器の底板を成す基体、２は容器の側壁を成す枠体、３は透光性部材７ｂや光アイソレータ９を設置固定するための筒状の固定部材、４はＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子、５は蓋体である。これら基体１、枠体２、固定部材３、蓋体５とで、内部に光半導体素子４を収納するための容器が基本的に構成される。また、固定部材３の枠体２外側の端面には、光アイソレータ９と光ファイバ１１とを半田やガラス材，樹脂等からなる接着剤１０で接着した金属ホルダ１２がＹＡＧレーザ溶接等により固定される。
【００２１】
本発明の基体１は、その下面で側部２ｃの外面直下から側部２ｃに対向する電子冷却素子１３または載置用基台６の側面直下までの部位に、残部の厚さｔの１／５≦ｔ≦１／２とされた薄肉部１ｂが形成されている。これにより、光半導体装置を基体１の四隅のネジ止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする場合、ネジ止めの外力によりパッケージの製造工程で生じた基体１の反りが矯正されたり、光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等が当接することにより基体１が矯正されることによる基体１の反りを主に薄肉部１ｂに生じさせ、側部２ｂから電子冷却素子１３または載置用基台６にわたる基体１の反りを有効に抑制できる。従って、光半導体素子４と透光性部材７ａが設置されるとともに透光性部材７ｂと光ファイバ１１が固定部材３を介して取着される側部２ｂが接合される基体１の上面において、垂直方向の光軸のずれが発生するのを有効に抑制できる。即ち、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との各光軸が傾いて光軸がすれるのを有効に抑制できる。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする場合、基体１を矯正して生じる光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との光軸のずれ、傾きを抑制し、光結合効率の劣化を有効に防ぎ、効率よく安定した光信号の入出力ができる。
【００２２】
なお、基体１の薄肉部１ｂは、図１のように基体１の下面が凹んでいるように形成されていてもよいし、基体１の上面が凹んでいるように形成されていてもよい。基体１の上面が凹んでいる場合、枠体２を基体１上面に接合するためのロウ材が薄肉部１ｂの凹部に入りこむ場合があり、従って基体１の下面が凹んでいる場合の方が好ましい。
【００２３】
基体１には、パッケージの製造工程で基体１と枠体２とに生じる内部応力の差や熱膨張係数差により、上に凸または下に凸の反りが生じる。このようなパッケージに光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１とを光軸を調芯して組み込んで成る光半導体装置を、基体１の四隅のネジ止め部を介して平坦な外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１がネジ止めの外力により平坦に矯正されることで、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との間に高さ方向の位置ずれが生じる。
【００２４】
また、光半導体装置の基体１下面に当接する部位に対して上に凸の反りを有する外部電気回路基板に、光半導体装置をネジ止めする場合、外部電気回路基板の反りの頂点を支点として基体１がネジ止めによる外力と外部電気回路基板により矯正される。そのため、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との間に高さ方向の位置ずれが生じる。その結果、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との間に高さ方向の光軸ずれが生じ、光結合効率が著しく劣化して効率よく光信号を入出力することができなくなる。
【００２５】
従って、基体１の下面に、側部２ｃの外面直下から側部２ｃに対向する電子冷却素子１３または載置用基台６の側面直下までの部位に薄肉部１ｂを設ける。これにより、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、外力により矯正されて生じる基体１の反りを薄肉部１ｂで吸収し、電子冷却素子１３または載置用基台６から光ファイバ１１や透光性部材７ｂが取着される側部２ｂにわたる光結合部となっている基体１の部位の反りを抑制する。その結果、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との光軸ずれが抑制され、光結合効率の著しい劣化を抑制して安定した光信号の入出力を円滑に行なうことができる。
【００２６】
なお、薄肉部１ｂを側部２ｃの外面直下よりも内側から、側部２ｃに対向する電子冷却素子１３または載置用基台６の側面直下まで設けると、基体１の薄肉部１ｂにおける剛性を適度に減少させることができない。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１に生じる反りを薄肉部１ｂで局所的に吸収することができない。その結果、載置用基台６から光ファイバ１１が取着される側部２ｂにわたる基体１の反りを有効に抑制できない。
【００２７】
従って、基体１の下面で側部２ｃの外面直下から薄肉部１ｂを設けることにより、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１に生じる反りを薄肉部１ｂで有効に吸収し、電子冷却素子１３または載置用基台６から側部２ｂにわたる光結合部における基体１の反りを有効に抑制できる。
【００２８】
また、薄肉部１ｂが側部２ｃの外面直下から、側部２ｃ内面と電子冷却素子１３または載置用基台６との間の基体１の下面に形成された場合、薄肉部１ｂの剛性を適度に低下させることができず、光半導体装置をネジ止めする際に生じる基体１の反りを薄肉部１ｂで有効に吸収することができない。
【００２９】
また、薄肉部１ｂが側部２ｃの外面直下から電子冷却素子１３または載置用基台６の直下まで形成された場合、電子冷却素子１３または載置用基台６の下方の基体１の体積が小さくなり熱放散性が低下するとともに、外部電気回路基板との接合面が減少することから、基体１の放熱性が低下する。その結果、光半導体素子４や載置用基台６に載置される駆動回路素子（図示せず）や透光性部材７ａは常に適温とならず、光半導体素子４や駆動回路素子は熱破壊を起こしたり熱による誤動作が生じ、透光性部材７ａは熱により屈折率が変動し光半導体素子４より出射される光を所望する像に変換することができなくなる。さらに、基体１の載置部１ａの剛性が低下し、パッケージの製造工程で基体１と枠体２との熱膨張係数差により生じる基体１の反りが大きくなる。
【００３０】
従って、基体１の下面で側部２ｃの外面直下から電子冷却素子１３または載置用基台６の側面直下まで薄肉部１ｂを形成することにより、基体１全体の剛性やパッケージの放熱性を著しく減少させることなく、光半導体装置のネジ止めの外力による基体１の反りを薄肉部１ｂで有効に吸収できる。その結果、光結合部における基体１の反りが有効に抑制され、光軸ずれによる光結合効率の劣化を抑制でき、効率よく光信号の授受を行なうことができる。
【００３１】
また、薄肉部１ｂが基体１の残部の厚さｔに対し、ｔ／２より厚い場合、薄肉部１ｂの剛性が増加しネジ止めの外力による基体１の反りを薄肉部１ｂで十分に吸収できない。その結果、基体１は全体にわたり反りを生じることから、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との間に高さ方向の変位差が生じる。また、薄肉部１ｂがｔ／５より薄い場合、薄肉部１ｂと枠体２との接合強度が著しく低下することから、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際、薄肉部１ｂにクラックが生じパッケージ内部を気密に保持できなくなる。
【００３２】
従って、薄肉部１ｂの厚さを１／２≦ｔ≦１／５とすることにより、枠体２との接合強度を低下させることなく基体１に生じる反りを薄肉部１ｂで吸収し、光結合部における基体１の反りを有効に抑制できる。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際、基体１の反りに起因する光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との光軸ずれによる結合効率の低下を抑制でき、効率よく光信号の授受を行なうことができる。
【００３３】
また、薄肉部１ｂは光軸方向に略平行な基体１の両側面間にわたって設けられているが、そうでないと、薄肉部１ｂにおける基体１の光軸方向に略平行な方向の剛性が適度に減少しない。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際の、光半導体素子４から固定部材３に至る基体１の反りが薄肉部１ｂにより緩和されず、基体１の薄肉部１ｂの残部の反りを抑制できない。また、薄肉部１ｂが光軸方向と略平行な基体１の両側面間にわたって設けられていないと、光半導体装置を外部電気回路基板に接合し作動させる際、薄肉部１ｂと外部電気回路基板とにより形成される空洞に、電子冷却素子や光半導体素子４からの熱が閉じこめられ、光半導体装置から外部の大気中に熱を効率よく放散できない。
【００３４】
また、枠体２の貫通孔２ａに設けられる固定部材３は、光ファイバ１１を枠体２に固定するためのものであり、貫通孔２ａの枠体２外側開口の周囲または貫通孔２ａの内面に銀ロウ等のロウ材を介して接合される。この固定部材３は、枠体２の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属からなり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴット（塊）をプレス加工で筒状とすることにより作製される。また、固定部材３の枠体２外側の端面には、戻り光防止用の光アイソレータ９と光ファイバ１１とをガラス材や樹脂等の接着剤１０で接着した金属ホルダ１２が半田材やＹＡＧレーザ溶接により接合される。固定部材３の内部には、光半導体素子４より出射される光信号の消光比の劣化が生じない非晶質ガラス等から成り、集光レンズとして機能するとともにパッケージ内部を塞ぐための透光性部材７ｂが、半田または低融点ガラス等の接合材により固定されてパッケージ内部の気密性を保つ。
【００３５】
透光性部材７ａ，７ｂは、熱膨張係数が４×１０−６〜１２×１０−６／℃（室温〜４００℃）の非晶質ガラス等から成り、球状，半球状，凸レンズ状，ロッドレンズ状等とされる。そして、透光性部材７ａ，７ｂは、光半導体素子４からの出射光を集光したり平行光に変換して光ファイバ１１に入力するための集光部材として用いられる。また、透光性部材７ａ，７ｂは、例えば結晶軸の存在しない非晶質ガラスの場合、酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とする鉛系、またはホウ酸やケイ砂を主成分とするホウケイ酸系のものを用いる。これにより、光半導体素子４の出射光が透光性部材７ａ，７ｂで複屈折の影響を及ぼされず、効率良く光ファイバ１１に光信号を入力できる。
【００３６】
また、透光性部材７ｂは、例えばその表面の一部に全周にわたってメタライズ層を被着し、メタライズ層と固定部材３内面とをＡｕ−Ｓｎ半田等の低融点ロウ材で接合する。これにより、光半導体素子４を収納した光半導体装置の気密が行なわれ、光半導体素子４を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る。透光性部材７ｂは、その熱膨張係数が枠体２と異なっていても、固定部材３が熱膨張係数差による内部応力を吸収し緩和するので、結晶軸が応力のためにある方向に揃って光の屈折率の変化を起こすことは発生しにくい。従って、この透光性部材７ｂを用いることにより、光半導体素子４と光ファイバ１１との間の光結合効率の変動を小さく抑えることができ、安定した光信号の入出力を行なうことができる。
【００３７】
また、透光性部材７ａを固定する固定ホルダ８は載置用基台６の熱膨張係数と近似する金属から成り、固定ホルダ８に形成された貫通孔に透光性部材７ａが嵌着される。そして、固定ホルダ８は、光半導体素子４と透光性部材７ａとの光軸が一致するように調整された後に、電子冷却素子１３の上面に半田やＹＡＧレーザ溶接等の溶接法により固定される。
【００３８】
また、蓋体５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やアルミナセラミックス等のセラミックスから成り、枠体２上面にＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材を介して接合されたり、シーム溶接等の溶接法により接合される。
【００３９】
かくして、本発明のパッケージは、基体１の載置部１ａに電子冷却素子１３と載置用基台６を介して光半導体素子４を載置し、光半導体素子４の各電極と載置用基台６上面の配線導体とをボンディングワイヤにより電気的に接続し、しかる後、枠体２上面に蓋体５を接合し、基体１と枠体２と固定部材３と蓋体５とから成る容器の内部に光半導体素子４を収納し気密封止することによって、製品としての光半導体装置となる。
【００４０】
【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。
【００４１】
図１の本発明のパッケージを以下のようにして構成した。Ｃｕ−Ｗ合金から成る縦３０ｍｍ×横１３ｍｍ×厚さ１ｍｍの長方形であり、厚さが全体の厚さの１／５（０．２ｍｍ），１／４（０．２５ｍｍ），１／３（０．３３ｍｍ），１／２（０．５ｍｍ），３／４（０．７５ｍｍ）の薄肉部１ｂを形成したもの、および薄肉部１ｂを形成していないものの６種の基体１を作製した。これらの基体１の上面の外周部に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る縦２０ｍｍ×横１２ｍｍ×高さ６ｍｍの直方体状の枠体２をＡｇろう材で接合した。基体１および枠体２の表面には、厚さ０．５〜９μｍのＮｉメッキ層および厚さ０．５〜９μｍのＡｕメッキ層を被着してある。
【００４２】
基体１の載置部１ａに、電子冷却素子１３としてのペルチェ素子とアルミナセラミックスから成る載置用基台６を介して、ＬＤである光半導体素子４を載置した。電子冷却素子１３はＳｎ−Ｐｂ半田で載置部１ａに接合し、載置用基台６は電子冷却素子１３の上面にＳｎ−Ｐｂ半田で接合した。また、電子冷却素子１３の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る固定ホルダ８を半田で接合した。固定ホルダ８の貫通孔には、非晶質ガラスから成るレンズ状の透光性部材７ａをメタライズ層を介してＡｕ−Ｓｎ半田で嵌着接合した。
【００４３】
また、光半導体素子４の各電極と載置用基台６上面の配線導体とをボンディングワイヤで電気的に接続した。そして、枠体２の貫通孔２ａの枠体２外側開口の周囲に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る円筒状の固定部材３の一端をＡｇろう材で接合した。固定部材３の内部には非晶質ガラスから成るレンズ状の透光性部材７ｂがメタライズ層を介してＡｕ−Ｓｎ半田で嵌着接合されている。また、固定部材３の他端には、光アイソレータ９と光ファイバ１１とを半田から成る接着剤１０で接着した金属ホルダ１２をＹＡＧレーザ溶接で固定し、６種の光半導体装置を作製した。
【００４４】
そして、これらの光半導体装置を、上に凸となった高低差５０μｍ程度の反りを有する外部電気回路基板に接合した際の、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との高さ方向の変位と、光軸の傾きによる光結合効率の変動についてシミュレーションを行なった。
【００４５】
まず、外部電気回路基板に接合していない光半導体装置の透光性部材７ａ，７ｂを介する光半導体素子４と光ファイバ１１との光結合効率を解析したところ、光結合効率は３５％程度であった。そして、基体１に薄肉部１ｂが形成されていない従来のパッケージ、および薄肉部１ｂを基体１の厚さの３／４となるように形成したパッケージからなる光半導体装置を外部電気回路に接合した場合の光半導体素子４に対する透光性部材７ｂおよび光ファイバ１１の高さ方向の変位を解析した。その結果、光半導体素子４に対する透光性部材７ｂの高さ方向の変位は−１３μｍ、光半導体素子４に対する光ファイバ１１の高さ方向の変位は−９μｍ、光半導体素子４と透光性部材７ｂと光ファイバ１１との光軸の傾きは、図１のように側方からみた場合の時計回りの回転をプラスとして、０°，−０．１°，−０．１°となり、光半導体素子４と光ファイバ１１との光結合効率は１０％程度と著しく劣化した。
【００４６】
これに対して、基体１の残部の厚さの１／５，１／４，１／２とされた薄肉部１ｂを形成した各パッケージの場合、光半導体素子４に対する透光性部材７ｂの高さ方向の変位は−２７μｍ、光半導体素子４に対する光ファイバ１１の高さ方向の変位は−１５μｍ、光半導体素子４と透光性部材７ｂと光ファイバ１１との光軸の傾きは０．１°となり、光半導体素子４と光ファイバ１１との光結合効率は２９％となった。即ち、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１を矯正して生じる基体１の反りが薄肉部１ｂで吸収され、電子冷却素子１３の載置部１ａから側部２ｂにわたる基体１の反りを抑制する。その結果、載置部１ａから側部２ｂにわたる基体１は、外部電気回路基板の凸部の頂点を支点とし変位するが、基体１には反りは生じず基体１の上面と略水平に光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との間の光軸も変位するため、載置部１ａから側部２ｂにわたる基体１の上面を基準面とした垂直方向の光半導体素子４と光ファイバ１１との光軸ずれは抑制され、光結合効率の劣化を有効に抑制できた。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等支障ない。例えば、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際に薄肉部１ｂの角部に生じる応力を緩和して角部にクラックが生じるのを防ぐために、この角部を円弧状とすることがよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体はその下面で枠体の一側部に対向する他側部の外面の直下の部位から他側部に対向する載置用基台または電子冷却素子の側面の直下の部位にかけて、厚さが残部の１／５乃至１／２とされた薄肉部が形成されていることにより、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする際や光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等に接合する際に、ネジ止めの外力による基体の反りを薄肉部に集中して生じさせる。その結果、電子冷却素子または載置用基台から固定部材が取着される枠体にわたる基体の部位の反りが有効に抑制され、光半導体素子と透光性部材と光ファイバとの間に生じる光軸のずれを有効に抑制でき、光半導体素子と透光性部材を介する光ファイバとの光信号の入出力を円滑に効率よく安定して行なうことができる。
【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側断面図である。
【図２】従来の光半導体素子収納用パッケージの側断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：薄肉部
２：枠体
２ａ：貫通孔
３：光ファイバ固定部材
４：光半導体素子
５：蓋体
６：載置用基台
７ａ，７ｂ：透光性部材
１１：光ファイバ
１３：電子冷却素子
【図１】
2004119805.tif 000003
【図２】
2004119805.tif 000004