(57)【要約】【課題】光半導体素子と光ファイバとの光結合効率を良好に維持でき、光信号を効率よく伝送し得る光半導体素子収納用パッケージを提供すること。【解決手段】上側主面に形成された凹部の底面に、光半導体素子１の搭載部２ａを上面に有する略直方体状の凸部２が形成された樹脂製の基体３と、凸部２の上面の搭載部２ａから一辺にかけて形成された、光ファイバの端部を設置するための断面形状がＶ形の溝４と、基体３の溝４の延長線が通る部位に凹部から基体３の外側面にかけて形成された貫通孔または切欠き部から成る光ファイバの取付部５とを具備しており、溝４の内面の十点平均粗さが０．２〜１０μｍである。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側主面に形成された凹部の底面に、光半導体素子の搭載部を上面に有する略直方体状の凸部が形成された樹脂製の基体と、前記凸部の上面の前記搭載部から一辺にかけて形成された、光ファイバの端部を設置するための断面形状がＶ形の溝と、前記基体の前記溝の延長線が通る部位に前記凹部から前記基体の外側面にかけて形成された貫通孔または切欠き部から成る光ファイバの取付部とを具備しており、前記溝の内面の十点平均粗さが０．２〜１０μｍ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】
請求項１の光半導体素子収納用パッケージと、前記基体の前記取付部に端部が挿通されて取り付けられるとともに前記凸部の上面の前記溝に前記端部が設置された光ファイバと、該光ファイバに光学的に結合されて前記凸部の前記搭載部に搭載された光半導体素子と、前記基体の上側主面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備した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、光通信分野等に用いられ、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および光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野に使用され、電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）や光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）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（以下、光半導体パッケージともいう）の一例を図３，図４に示す。図３は従来の光半導体パッケージの平面図、図４は従来の光半導体パッケージの断面図である。
【０００３】
図３，図４において、１１は光半導体素子、１２は光半導体素子１１を搭載するサブマウント、１３は基体、１４はサブマウント１２の上面に形成された断面形状がＶ形の溝（Ｖ溝）、１５は基体の側壁部に形成された貫通孔または切欠き部から成る光ファイバの取付部、１６は蓋体である。
【０００４】
光半導体素子１１はサブマウント１２の上面の搭載部に接着剤等により搭載され、基体１３の底面に搭載された後、光ファイバ（図示せず）の端部がサブマウント１２のＶ溝１４に設置され接着固定されて、光半導体素子１１と光学的に結合される。サブマウント１２は、シリコン（Ｓｉ）等から成る基板から成り、エッチング等で加工することによりＶ溝１４が形成される。
【０００５】
このような光半導体パッケージは、エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法や、熱可塑性樹脂を用いたインジェクションモールド成型法により形成されており、外部から駆動信号を取り入れて光半導体素子１１を駆動させたり光半導体素子１１から取り出された電気信号を外部に取り出すための金属製の端子（図示せず）が取り付けられている。そして、基体１３の上面に樹脂接着剤等の封止材を介して蓋体１６が接合されて光半導体装置となる。
【０００６】
この光半導体装置は、基体１３内部の光半導体素子１１から光信号が発光し、光信号がサブマウント１２のＶ溝１４と基体１３の取付部１５に取りつけられた光ファイバを通り外部へ取り出される、または、光ファイバを伝達してくる光信号を光半導体素子１１に受光させて受光した光に対応する電気信号を光半導体素子１１で発生させることにより、高速光通信分野等で用いられる光半導体装置として機能する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体素子収納用パッケージにおいては、作動時に光半導体素子１１が発熱すると、サブマウント１２と基体１３との間で熱膨張差が生じてサブマウント１２が反り、光ファイバと光半導体素子１１の光結合効率が劣化するという問題点があった。
【０００８】
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、光半導体素子と光ファイバとの光結合効率を良好に維持でき、光信号を光ファイバで効率よく伝送し得るものを提供することにある。
【０００９】
【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、上側主面に形成された凹部の底面に、光半導体素子の搭載部を上面に有する略直方体状の凸部が形成された樹脂製の基体と、前記凸部の上面の前記搭載部から一辺にかけて形成された、光ファイバの端部を設置するための断面形状がＶ形の溝と、前記基体の前記溝の延長線が通る部位に前記凹部から前記基体の外側面にかけて形成された貫通孔または切欠き部から成る光ファイバの取付部とを具備しており、前記溝の内面の十点平均粗さが０．２〜１０μｍであることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、光半導体素子を搭載する凸部が基体に一体的に形成されているため、作動時に光半導体素子が発熱しても、熱膨張差によって凸部が反ることがなく、その結果光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好に維持することができる。また、溝の内面の十点平均粗さ（ＪＩＳＢ０６０１による）が０．２〜１０μｍであることから、金型で溝を成型する際に金型に対する樹脂の付着性（着き廻り）が適度に維持されて溝が正確に形成されるとともに、溝の内面に樹脂のバリ等が発生するのを抑えることができる。
【００１１】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記基体の前記取付部に端部が挿通されて取り付けられるとともに前記凸部の上面の前記溝に前記端部が設置された光ファイバと、該光ファイバに光学的に結合されて前記凸部の前記搭載部に搭載された光半導体素子と、前記基体の上側主面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の光半導体パッケージを用いた、光信号の伝送効率に優れ信頼性の高いものとなる。
【００１３】
【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を説明する。図１は本発明の光半導体パッケージについて実施の形態の例を示す平面図であり、図２は本発明の光半導体パッケージの断面図である。
【００１４】
図１，図２において、１は光半導体素子、２は凸部、２ａは光半導体素子１の搭載部、３は基体、４は凸部２に形成された断面形状がＶ形の溝（以下、Ｖ溝ともいう）、５は基体に形成された光ファイバの取付部、６は蓋体である。基体３と蓋体６とで内部に光半導体素子１を収容するための容器が構成される。
【００１５】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に形成された凹部の底面に、光半導体素子１の搭載部２ａを上面に有する略直方体状の凸部２が形成された樹脂製の基体３と、凸部２の上面の搭載部２ａから一辺にかけて形成された、光ファイバの端部を設置するための断面形状がＶ形の溝４と、基体３の溝４の延長線が通る部位に凹部から基体３の外側面にかけて形成された貫通孔または切欠き部から成る光ファイバの取付部５とを具備しており、溝４の内面の十点平均粗さは０．２〜１０μｍである。
【００１６】
基体３の凹部の底面に形成された凸部２の上面には、光半導体素子１を樹脂接着剤等によって搭載するための搭載部２ａが設けられている。また、基体３はその上面に凹部形成され、その凹部は内側に光半導体素子１を収容するための空所を形成する。
【００１７】
本発明においては、基体３内部の光半導体素子１から光信号が発光され、光信号がＶ溝４および取付部５に設置固定された光ファイバで伝送され外部へ取り出される。または、光ファイバを伝達してくる光信号を光半導体素子１に受光させ、受光された光に対応する電気信号を光半導体素子１により発生させる。これにより、高速光通信分野等で用いられる光半導体装置として機能する。
【００１８】
光半導体素子１は、基体３と一体成型されたＶ溝４を有する凸部２の搭載部２ａ上に搭載される。光ファイバは、Ｖ溝４に端部が設置され接着剤等で固定され、光半導体素子１と光学的に結合される。このようなＶ溝４を有する凸部２が一体成型された基体３は、エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法やポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂を用いたインジェクション成型法によって形成される。また、基体３の側壁部には貫通孔または切欠き部から成る端子の取付部が形成されており、その取付部に、光半導体素子１に駆動信号を入力したり光半導体素子１１で発生した電気信号を取り出したりするための金属製の端子（図示せず）が取り付けられている。
【００１９】
Ｖ溝４の内面の十点平均粗さは０．２〜１０μｍである。０．２μｍ未満では、金型のＶ溝４を成型するための突状部の表面の十点平均粗さは０．２μｍ程度になるが、金型でＶ溝４を成型する際に突状部に対する樹脂の付着性（着き廻り）が低下しぎるため、成型性が劣化してＶ溝４を正確に形成するのが困難になる。１０μｍを超えると、金型のＶ溝４を成型するための突状部の表面の十点平均粗さは１０μｍ程度になるが、金型でＶ溝４を成型する際に突状部に対する樹脂の付着性（着き廻り）が強くなりすぎるため、Ｖ溝４の内面に樹脂のバリ等が発生し易くなる。
【００２０】
また、Ｖ溝４の長さは１〜２０ｍｍが好ましい。１ｍｍ未満では、光ファイバと溝４との接合面積が小さくなり、光ファイバと溝４との接合強度が不十分となって、光ファイバを溝４に強固に固定するのが困難になる。２０ｍｍを超えると、光半導体パッケージを小型化するのが困難になる。
【００２１】
本発明において、搭載部２ａを含む凸部２の上面の十点平均粗さは０．２〜１０μｍが好ましい。０．２μｍ未満では、光半導体素子１と搭載部２ａとの接合強度が不十分となって、光半導体素子１を搭載部２ａに強固に固定するのが困難になる。１０μｍを超えると、搭載部２ａの表面の凹凸によって光半導体素子１の位置精度が劣化し易くなり、光ファイバとの光結合効率が低下する傾向にある。
【００２２】
金属製の端子は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。また端子は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をめっき法により所定厚み（１〜２０μｍ程度）に被着させておくのがよく、端子の酸化腐蝕を有効に防止できるとともに端子とボンディングワイヤ等の電気的な接続手段との接続および端子と外部電気回路との接続を信頼性の高いものとなすことができる。
【００２３】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体パッケージと、基体３の取付部５に端部が挿通されて取り付けられるとともに凸部２の上面のＶ溝４に端部が設置された光ファイバと、光ファイバに光学的に結合されて凸部２の搭載部２ａに搭載された光半導体素子１と、基体３の上側主面の凹部の周囲に接合された蓋体６とを具備することにより構成される。この場合、光ファイバは、その端部に設けられたフェルール等が取付部５に接着剤等で接着されて取り付けられ、フェルールから突出した光ファイバの端部がＶ溝４に設置され固定される。また、光半導体素子１は搭載部２ａに接着剤等で接着されて搭載され、また、蓋体６は樹脂接着剤等から成る封止材を介して基体３の上側主面に接合される。
【００２４】
かくして、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、Ｖ溝４を有する凸部２を基体３と一体成型することにより、作動時に光半導体素子が発熱しても凸部２と基体３とが同じ樹脂から成るため、基体３との熱膨張差によって凸部２に反りが発生することがなく、その結果光ファイバと光半導体素子１との光結合効率を良好に維持できる。
【００２５】
【実施例】
本発明の光半導体装置の実施例を以下に説明する。
【００２６】
図１，図２に示した光半導体装置を以下のようにして構成した。オルソクレゾールノボラック型エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法により基体３（外形寸法が縦７．４ｍｍ×横１３．２ｍｍ×高さ４．３ｍｍ）を作製した。このとき、Ｖ溝４の長さは３．５ｍｍ、幅は０．１５ｍｍ、深さは０．１ｍｍ、内面の十点平均粗さは３μｍであり、凸部２の上面の十点平均粗さは４μｍであった。次に、基体３の取付部５に光ファイバのフェルールを接着剤で接着し、Ｖ溝４に光ファイバの端部を設置し接着剤で接着して固定した。また、凸部２の上面の搭載部２ａに光半導体素子（ＬＤ、レーザ光の波長１．３１μｍ、出力１０ｍＷ）１を接着剤で接着して搭載し、基体３の側壁部に形成された貫通孔から成る端子の取付部（図示せず）に駆動信号入力用の端子を接着剤で接着して取り付けた。このとき、光半導体素子１と光ファイバの光入出射端との間隔は０．０２ｍｍとした。そして、基体３の上側主面に厚さが０．５ｍｍの４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）から成る蓋体６を接着剤で接着して接合することにより光半導体装置を作製した。
【００２７】
また比較例として、図３，図４の光半導体装置を以下のようにして構成した。上記実施例と同じ寸法の基体１３をオルソクレゾールノボラック型エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法により作製し、基体１３の凹部の底面にＳｉから成るサブマウント１２を接着し、サブマウント１２の上面に光半導体素子（ＬＤ、レーザ光の波長１．３１μｍ、出力１０ｍＷ）１１を接着して搭載した。サブマウント１２の上面にはエッチングによりＶ溝１４が形成されている。Ｖ溝１４の長さは３．５ｍｍ、幅は０．１５ｍｍ、深さは０．１ｍｍとした。光ファイバおよび端子は上記実施例と同様にして取り付け、そして基体１３の上側主面に４２アロイから成る蓋体１６を接着剤で接着して接合することにより、従来構成の光半導体装置を作製した。
【００２８】
これらの光半導体装置を温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製製品名「ＴＳＡ−２０１Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−４０℃〜８５℃）を１サイクル（７時間）加えたときの光ファイバの光出力の出力変動を光パワーメータで測定した結果を図５，図６に示す。図５が比較例の結果を示し、図６が本実施例の結果を示す。
【００２９】
図５，図６より、比較例の光半導体装置では光ファイバの出力変動が約±１．５ｄＢであるのに対して、本実施例の光半導体装置では光ファイバの出力変動が約±０．５ｄＢと小さくなった。つまり、本実施例の光半導体装置は、比較例のものよりも光半導体素子１と光ファイバとの光軸のずれが発生しにくいものであり、光半導体素子１と光ファイバとの光結合効率が良好に維持されていることが判った。
【００３０】
次に、Ｖ溝４の内面の十点平均粗さを０．１，０．２，１，３，５，７，１０，１３，１５（μｍ）に種々に設定し、他の構成は上記実施例と同様に構成した９種のサンプルを各１０個作製し、これらについてＶ溝４の成型性とＶ溝４の内面の樹脂バリについて評価した結果を表１に示す。
【００３１】
なお、表１において、Ｖ溝の成型性の欄で○は成型性良、×は成型性不良を示し、Ｖ溝の内面の樹脂バリ発生状況の欄で○は樹脂バリが発生していないこと、×は樹脂バリが多数の光半導体装置に発生したこと、△は樹脂バリが数個の光半導体装置に発生したことを示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１より、Ｖ溝４の内面の十点平均粗さが０．２μｍ未満でＶ溝４の成型性が悪くなり、１０μｍを超えるとＶ溝４の内面に樹脂バリが発生した。つまり、Ｖ溝４の内面の十点平均粗さは０．２〜１０μｍとすればＶ溝４が良好に形成されることが判った。また、Ｖ溝４を成型する金型の表面粗さはそのままＶ溝４に転写されるため、Ｖ溝４を成型する金型の十点平均粗さも０．２〜１０μｍとするものである。
【００３４】
なお、樹脂バリが発生したものについては、光ファイバをＶ溝４に設置することが困難なため不良品となった。
【００３５】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更は可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に形成された凹部の底面に、光半導体素子の搭載部を上面に有する略直方体状の凸部が形成された樹脂製の基体と、凸部の上面の搭載部から一辺にかけて形成された、光ファイバの端部を設置するための断面形状がＶ形の溝と、基体の溝の延長線が通る部位に凹部から基体の外側面にかけて形成された貫通孔または切欠き部から成る光ファイバの取付部とを具備しており、溝の内面の十点平均粗さが０．２〜１０μｍであることにより、光半導体素子が作動時に発熱しても、基体との熱膨張差によって凸部が反ることがなく、その結果光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好に維持することができる。また、金型で溝を成型する際に金型に対する樹脂の付着性（着き廻り）が適度に維持されて溝が正確に形成されるとともに、溝の内面に樹脂のバリ等が発生するのを抑えることができる。
【００３７】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、基体の取付部に端部が挿通されて取り付けられるとともに凸部の上面の溝に端部が設置された光ファイバと、光ファイバに光学的に結合されて凸部の搭載部に搭載された光半導体素子と、基体の上側主面の凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の光半導体パッケージを用いた、光信号の伝送効率に優れ信頼性の高いものとなる。
【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例を示す平面図である。
【図２】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示す断面図である。
【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す平面図である。
【図４】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【図５】従来の光半導体素子収納用パッケージについて光ファイバの出力変動を測定した結果を示すグラフである。
【図６】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて光ファイバの出力変動を測定した結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１：光半導体素子
２：凸部
３：基体
４：Ｖ溝
【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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