(57)【要約】【課題】端子部材の配線導体で１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で伝送でき、また光半導体素子の熱によって基体等に生じる歪みを緩和して光半導体素子と光ファイバとの光結合効率の劣化を防ぐことができるようにすること。【解決手段】中央部に一方主面から他方主面にかけて貫通孔２ａが形成された基体２と、主面に一辺から対向する他辺にかけて配線導体４ａが形成され、一辺側に光半導体素子３が搭載される平板部４および平板部４の主面に接合された立壁部５から成り、貫通孔２ａに一辺側を一方主面側として嵌着された端子部材１１と、基体２の一方主面側に端子部材１１を覆って取着され、光半導体素子３と対向する部位に光ファイバ７ａが固定される蓋部材７と、基体２の他方主面に端子部材１１を取り囲んで取着され、２０〜１００℃での熱膨張係数が基体２より大きく、かつ熱伝導率が基体２よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い放熱板８とを具備する。【選択図】　図１
2004063916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中央部に一方主面から他方主面にかけて貫通孔が形成された平板状の基体と、主面に一辺から対向する他辺にかけて配線導体が形成され、前記一辺側に光半導体素子が搭載される絶縁体から成る平板部および該平板部の前記主面に前記配線導体の一部を間に挟んで接合された絶縁体から成る立壁部から成り、前記貫通孔に前記一辺側を前記一方主面側として嵌着された端子部材と、前記基体の前記一方主面側に前記端子部材を覆うように取着されるとともに、前記光半導体素子と対向する部位に光ファイバが固定される蓋部材と、前記基体の前記他方主面に前記端子部材を取り囲んで取着された、２０乃至１００℃における熱膨張係数が前記基体より大きく、かつ熱伝導率が前記基体よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い放熱板とを具備す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記載の光半導体素子収納用パッケージの前記端子部材の前記一辺側に光半導体素子を搭載するとともに、前記基体の前記一方主面側に前記光半導体素子と前記光ファイバとを対向させて前記端子部材を覆うように前記蓋部材を取着して成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、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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信分野で用いられるＬＤ（レーザーダイオード）やＰＤ（フォトダイオ−ド）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、光半導体パッケージともいう）を図２に示す。図２の（ａ）は光半導体パッケージの断面図、（ｂ）は光半導体パッケージのＡ−Ａ’線における断面図である。
【０００３】
図２に示すように、従来の光半導体パッケージは、一般に鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等の金属から成る略円板状の基体１０２を有する。基体１０２には、両主面間を貫通する直径０．５〜２ｍｍ程度の円形の貫通孔１０２ａが複数形成されており、その貫通孔１０２ａに鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等の金属から成る端子１０９が挿入され、貫通孔１０２ａと端子１０９との接合は鉛を主成分とする絶縁ガラス１０５を介して行なわれ、絶縁ガラス１０５によって基体１０２と端子１０９とが電気的に絶縁される。
【０００４】
また基体１０２は、光半導体パッケージ１０１内部側の一方主面に、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）から成る略立方体の金属ブロック１０４が設けられており、金属ブロック１０４には光半導体素子１０３を載置し実装する載置部１０４ａが設けられている。金属ブロック１０４は、基体１０２に７００〜９００℃の融点を有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）等のロウ材によりロウ付けされて固定される。
【０００５】
また、基体１０２の金属ブロック１０４が接合される一方主面には、外周端から幅１ｍｍ以内の外周部に、光半導体素子１０３の保護を目的として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体１０６がＹＡＧレーザ溶接等により固定される。
【０００６】
光半導体素子１０３は、金属ブロック１０４に２００〜４００℃の融点を有する金（Ａｕ）‐錫（Ｓｎ）の低融点ロウ材によりロウ付け固定され、光半導体素子１０３の電極がボンディングワイヤ１０９ａを介して端子１０９に電気的に接続される。
【０００７】
そして、基体１０２の一方主面に蓋体１０６をＹＡＧレーザ溶接、シーム溶接またはロウ付け等によって接合し、基体１０２と蓋体１０６とからなる容器内部に光半導体素子１０３を気密に収容し得る光半導体パッケージ１０１となる。また、光半導体素子１０３と対向する部位に光ファイバ１０７ａが固定される蓋部材１０７を接合することにより、製品としての光半導体装置となる。
【０００８】
この光半導体装置は、外部電気回路（図示せず）から供給される駆動信号によって光半導体素子１０３を光励起させ、励起した光を戻り光防止用の光アイソレータ１０７ｂを介して光ファイバ１０７ａに授受させるとともに光ファイバ１０７ａ内を伝達させることによって、大容量の光通信等に使用される。その適応範囲は４０ｋｍ以下の伝送距離かつ２．５Ｇｂｐｓ（Ｇｉｇａ　ｂｉｔ　ｐｅｒ　ｓｅｃｏｎｄ）以下の伝送容量の範囲で多用されている。
【０００９】
近年、４０ｋｍ以下の伝送距離での高速通信に対する需要が急激に増加しており、高速大容量伝送に関する研究開発が進められている。とりわけ、光通信装置において光信号を発信する光半導体装置等の光発信装置が注目されており、光信号の高出力化と高速化が伝送容量を向上させるための課題となっている。従来の光半導体装置の光出力は０．２〜０．５ｍＷ程度であり、光半導体素子１０３は５ｍＷ程度の駆動電力であった。しかし、より大出力の光半導体装置では、光出力も１ｍＷのレベルまで向上してきており、また光半導体素子も１０ｍＷ以上の駆動電力が要求されている。さらに、従来の光半導体装置に用いられていた高周波信号は２．４ＧＨｚ程度であったが、１０ＧＨｚ程度まで向上してきており、より高出力化と高速化が要求されてきている。
【００１０】
【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パッケージ１０１では、１０ｍＷ以上の駆動電力および１０ＧＨｚ程度の高周波信号で駆動される光半導体素子１０３を搭載した、光出力が１ｍＷ程度の光半導体装置を構成しようとすると、光半導体素子１０３と端子１０９との特性インピーダンスのばらつきが大きいため、光半導体素子１０３が正常に作動し難く、特に１０ＧＨｚ以上の高周波信号を損失を小さくして円滑に通すことが困難であるという問題点があった。
【００１１】
これは、光半導体素子１０３と端子１０９との接続部における特性インピーダンスのばらつきを効果的に抑えることが可能な材料および構造としても、端子１０９が絶縁ガラス１０５に覆われない部位で特性インピーダンスが変動してしまう。即ち、端子１０９と基体１０２との接続部においては、端子１０９の周囲は比誘電率３〜４の絶縁ガラス１０５で覆われているのに対し、端子１０９が絶縁ガラス１０５に覆われていない部位では周囲は比誘電率１の大気であるため、特性インピーダンスが変動し端子１０９全体としてばらつくこととなる。そのため、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を損失を小さくして円滑に通すことが困難であり、光半導体素子１０３が正常に作動しないという問題点があった。
【００１２】
また、上記従来の光半導体パッケージ１０１においては、１ｍＷ程度の高出力の光半導体装置における光半導体素子１０３の温度は最高で８５℃付近まで達するため、光出力が変動したり低下して高出力化に対応できないという問題点があった。これは、図２の従来の光半導体パッケージ１０１では、光半導体素子１０３の熱を端子１０９の外側の端部に接合されたプリント配線基板１１１に接合した放熱板１１０を介して大気中へ放散させて光半導体パッケージ１０１を冷却するという構成による。即ち、この構成では、光半導体素子１０３と放熱板１１０との距離が長くなるため放熱効率が劣化し、また基体１０２と金属ブロック１０４と絶縁ガラス１０５との熱膨張差によって光半導体パッケージ１０１が歪み、光半導体素子１０３と光ファイバ１０７ａとの光結合効率が劣化する。その結果、光半導体素子１０３の光出力が変動し低下することにより高出力化に対応できないこととなる。
【００１３】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体素子に接続される端子の特性インピーダンスのばらつきを効果的に抑えることにより端子において１０ＧＨｚ以上の高周波信号を損失を小さくして通すことができ、光半導体素子を正常に作動させることができるようにすることである。また、光出力が１ｍＷ程度の高出力の光半導体素子を収容しても、光半導体素子の熱によって基体等に生じる歪みを大幅に緩和することができ、その結果、光半導体素子と光ファイバとの光結合効率の劣化を防ぐことができる光半導体素子パッケージおよび光半導体装置を提供することである。
【００１４】
【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、中央部に一方主面から他方主面にかけて貫通孔が形成された平板状の基体と、主面に一辺から対向する他辺にかけて配線導体が形成され、前記一辺側に光半導体素子が搭載される絶縁体から成る平板部および該平板部の前記主面に前記配線導体の一部を間に挟んで接合された絶縁体から成る立壁部から成り、前記貫通孔に前記一辺側を前記一方主面側として嵌着された端子部材と、前記基体の前記一方主面側に前記端子部材を覆うように取着されるとともに、前記光半導体素子と対向する部位に光ファイバが固定される蓋部材と、前記基体の前記他方主面に前記端子部材を取り囲んで取着された、２０乃至１００℃における熱膨張係数が前記基体より大きく、かつ熱伝導率が前記基体よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い放熱板とを具備することを特徴とする。
【００１５】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、主面に一辺から対向する他辺にかけて配線導体が形成され、一辺側に光半導体素子が搭載される絶縁体から成る平板部および平板部の主面に配線導体の一部を間に挟んで接合された絶縁体から成る立壁部から成る端子部材を用いたことにより、光半導体素子と端子との間の特性インピーダンスのばらつきを効果的に抑えることができる。これは、セラミックス等の絶縁体から成る平板部に形成する配線導体の主成分として、Ｗ，Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定することができ、またスクリーン印刷法により配線導体の幅、長さ、厚みを自由に調整できることから、配線導体の周囲の誘電率が変化しても、配線導体を周囲の誘電率に合わせてインピーダンスを整合できることによる。
【００１６】
従って、インピーダンスの不整合が生じると予測される場合、配線導体でその不整合を相殺することもできる。例えば、絶縁体の誘電体率の変動によりインピーダンスが高くなると予測できる場合、配線導体の幅、長さ、厚みを調整してそのインピーダンスを低くし、信号線路全体のインピーダンスを整えることができる。その結果、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。具体的には、１０ＧＨｚ程度での特性インピーダンスのばらつきによる損失を３ｄＢ以下に抑制でき、また光半導体装置の性能を示す、デジタル信号等である矩形波の高周波信号の立ちあがり時間も３５ｐｓｅｃ（ピコ秒）以下を達成することができる。
【００１７】
また、基体の他方主面に端子部材を取り囲んで取着された、２０乃至１００℃における熱膨張係数が基体より大きく、かつ熱伝導率が基体よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い放熱板を有していることから、基体と放熱板との熱膨張差を緩和して基体の変形を防ぐことにより、光半導体素子収納用パッケージの歪みを効果的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結合効率を良好に保持することができ、従って、動作時の高温状態でも光半導体素子と光ファイバとの間で安定した光結合が維持でき、光半導体装置として光出力の変動を±０．５ｄＢ以内とすることが可能となる。
【００１８】
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の前記端子部材の前記一辺側に光半導体素子を搭載するとともに、前記基体の前記一方主面側に前記光半導体素子と前記光ファイバとを対向させて前記端子部材を覆うように前記蓋部材を取着して成ることを特徴とする。
【００１９】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして使用することができ、また光半導体素子と光ファイバとの光結合効率を良好に保持できる、高性能のものとなる。
【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および光半導体装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示し、（ａ）は光半導体装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。図１において、１は光半導体パッケージ、２は基体、２ａは基体２に形成された貫通孔、３は光半導体素子、４は光半導体素子３が搭載される絶縁体から成る平板部、４ａは平板部４の一主面に形成された配線導体、５は絶縁体から成る立壁部である。また、６は光半導体素子３の気密封止用として設けられた蓋体、７は光半導体素子３と対向する位置に光ファイバ７ａが固定された蓋部材、７ａは光ファイバ、８は基体２の他方主面に接合された放熱板、９は高周波信号の入出力用の端子である。また、１０は端子９の外側の端部に接合されたプリント配線基板、１１は端子部材である。
【００２１】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、中央部に一方主面から他方主面にかけて貫通孔２ａが形成された平板状の基体２と、主面に一辺から対向する他辺にかけて配線導体４ａが形成され、一辺側に光半導体素子３が搭載される絶縁体から成る平板部４および平板部４の主面に配線導体４ａの一部を間に挟んで接合された絶縁体から成る立壁部５から成り、貫通孔２ａに一辺側を一方主面側として嵌着された端子部材１１と、基体２の一方主面側に端子部材１１を覆うように取着されるとともに、光半導体素子３と対向する部位に光ファイバ７ａが固定される蓋部材７と、基体２の他方主面に端子部材１１を取り囲んで取着された、２０〜１００℃における熱膨張係数が基体２より大きく、かつ熱伝導率が基体２よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い放熱板８とを具備する。
【００２２】
本発明の光半導体装置は、主面の一辺から対向する他辺にかけて形成された配線導体４ａおよび配線導体４ａが形成されていない一辺側の部位に光半導体素子３が載置される載置部を有する略直方体の絶縁体から成る平板部４と、平板部４の主面に配線導体４ａの一部を間に挟むように接合された略直方体の絶縁体から成る立壁部５とから成る端子部材１１を有している。この端子部材１１を有することにより、半導体素子３と端子９との間の特性インピーダンスの不整合を効果的に抑えることができる。これは、セラミックス等の絶縁体から成る平板部４に形成する配線導体４ａの主成分として、Ｗ，Ｍｏ−Ｍｎ等の金属を自由に選定することができ、またスクリーン印刷法により配線導体４ａの幅、長さ、厚みを自由に変更できることから、配線導体４ａの周囲（平板部４、立壁部５）の誘電率が変化しても、特性インピーダンスの不整合を効果的に抑えることが可能となることによる。従って、本発明の光半導体装置は１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で通すことが可能となる。
【００２３】
具体的には、従来１０ＧＨｚでの透過損失が６ｄＢ程度であったのを、本発明では３ｄＢ程度に減少させることができる。これにより、光通信等の用いられる光半導体装置を用いた光モジュールのＥＹＥ（アイ）特性に影響を及ぼさない特性となる。ＥＹＥ特性とは、デジタル信号が円滑に伝送できているかを示す特性であり、パルス発生器で発生させた信号パルスを光モジュールに入力し、光モジュール内で光電変換を行なった後に光信号として光ファイバ７ａから出力されたものが、本来の矩形波が歪んで正弦波等に近くなっており、その光信号を分析することにより得られる特性である。この場合、＋側の矩形波（例えばデジタル信号の「１」に相当する信号）と−側の矩形波（例えばデジタル信号の「０」に相当する信号）とを位相をずらして重ね合わせると、人の目（ｅｙｅ）のように見えることからＥＹＥ特性と呼ばれる。
【００２４】
そして、デジタル信号の１，０の点（ピーク値）以外にオーバーシュート等の認識点があるとエラーとして処理される。高周波信号の共振がある場合エラーモードの発生率が高くなる。デジタル信号の合否判断としては、矩形波の軌跡に囲まれた人の目状の部分がどのくらいオープンになっているかで表す。一般に、人の目状の部分を窓と呼んでおり、窓にかかる点や窓に入りこむ軌跡が発生すれば、即ち窓の形状が所望のものから外れていれば、デジタル信号の１，０とは判定されずにエラーとなる。
【００２５】
また、本発明においては、２０〜１００℃での熱膨張係数が基体２よりも大きく、基体２よりも熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い金属等から成る放熱板８を用いる。これにより、光出力が５ｍＷまでは、その変動を±０．５ｄＢ以内に収めることができる。これは、基体２と光半導体素子３との熱膨張差によって発生する歪みを、放熱板８で吸収緩和することによって、光出力の変動を低減することが可能となることによる。放熱板８の熱膨張係数が基体２よりも小さくなると、光出力の変動は±０．５〜±０．８ｄＢと大きくなり、安定した光出力を得ることは難しい。
【００２６】
また、平板部４および立壁部５の熱膨張係数を基体２の熱膨張係数より大きくし、放熱板８の熱膨張係数より小さくすることが好ましい。即ち、熱膨張係数については、（基体２）＜（平板部４および立壁部５）＜（放熱板８）とすることがよい。例えば、基体２の熱膨張係数を５．１９×１０−６／℃（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等）とし、セラミックスから成る平板部４と立壁部５の熱膨張係数を６．５９×１０−６／℃（アルミナセラミックス等）とし、放熱板８の熱膨張係数を７．０６×１０−６／℃（Ｃｕ−Ｗ合金等）とする。なお、これらの熱膨張係数は、２０〜１００℃におけるものである。
【００２７】
また、放熱板８の熱膨張係数の最大値は、１４×１０−６／℃を超えないことがよく、この場合基体２との熱膨張係数差を９×１０−６／℃以上にしないようにして光出力の変動を±０．５ｄＢ以内にすることができる。
【００２８】
また、放熱板８の熱伝導率は基体２よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高いことがよいが、例えば基体２の熱伝導率を１７Ｗ／ｍ・Ｋ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等）とし、放熱板８の熱伝導率を１８０Ｗ／ｍ・Ｋ（Ｃｕ−Ｗ合金等）とする。これは、蓋体６と基体２とを溶接し封止する際などに発生する熱が放熱板８に拡散し、溶接部の温度が低下して円滑な封止が困難になることを防ぐためである。放熱板８の熱伝導率が基体２よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高いと、シーム溶接やＹＡＧレーザ溶接等の溶接方法に関係無く良好な溶接封止が可能になる。即ち、蓋体６を溶融させて溶接する際に熱の拡散が発生すれば、蓋体６の溶接されるべき部位が溶け難くなり、円滑な封止ができなくなるが、放熱板８の熱伝導率が基体２よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高いとそのような不具合が解消される。
【００２９】
また、基体２の厚みは０．５ｍｍ以上がよい。０．５ｍｍ未満だと、端子部材１１を基体２の貫通孔２ａに嵌着しロウ付け等で接合し、蓋体６を基体２に溶接した際に、溶接の条件（温度等）により基体２が曲がったりして変形し易くなり、溶接強度および端子部材１１の接合強度が劣化することとなり、光半導体パッケージの気密封止に不具合を生じ易くなる。
【００３０】
また、平板部４の一主面には配線導体４ａが形成され、平板部４の一主面の一辺側には光半導体素子３が搭載される。この光半導体素子３はボンディングワイヤで配線導体４ａに電気的に接続され、端子９を介して外部電気回路に電気的に接続される。
【００３１】
なお、基体２は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属から成る。この基体２は、その金属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方法を施すことによって所定形状に製作される。また、基体２の中心部には、端子部材１１を嵌着するための略長方形の貫通孔２ａが形成されている。また、基体２の表面には耐食性に優れかつロウ材との濡れ性に優れた厚さ０．５〜９μｍのニッケル（Ｎｉ）層と厚さ０．５〜５μｍの金（Ａｕ）層をメッキ法により順次被着させておくのが良く、基体２が酸化腐食するのを有効に防止するとともに、各部品を基体２に良好にロウ付けすることができる。
【００３２】
基体２に設けられる端子部材１１は、一主面にメタライズ層等から成る配線導体４ａが形成された略直方体の絶縁体から成る平板部４と、配線導体４ａの一部を間に挟んで平板部４の一主面に接合され、基体２の内外を遮断するように形成された略直方体の絶縁体から成る立壁部５とから成っている。平板部４および立壁部５は、酸化アルミニウム質焼結体（酸化アルミニウムセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミックス等の絶縁体から成る。
【００３３】
平板部４の一主面に形成された配線導体４ａや平板部４の他の主面や側面に形成された接地導体はＷ，Ｍｏ，Ｍｎ等から成り、例えばＷ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、平板部４となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、そのセラミックグリーンシートを積層し、焼成することによって形成される。配線導体４ａや接地導体の表面には、酸化防止のためとボンディングワイヤや端子９等を強固に接続するために、厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により順次被着させておくと良い。
【００３４】
また、光半導体素子３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る基体２の一方主面の外周部にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体６をシーム溶接等によって接合することにより気密封止される。
【００３５】
本発明の光半導体パッケージ１は、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子３およびＬＳＩ等の半導体素子を収納した光通信用のものの場合、基体２に内外を貫通する貫通孔２ａを形成し、貫通孔２ａに主面に配線導体４ａが形成された略直方体の絶縁体から成る平板部４および配線導体４ａの一部を間に挟んで平板部４の主面に接合され、基体２の内外を遮断する略直方体の絶縁体から成る立壁部５から成る端子部材１１を嵌着接合する。そして、光半導体素子３を平板部４に搭載するとともに配線導体４ａにボンディングワイヤで接続する。その後、基体２の一方主面に蓋体６をシーム溶接等で接合する。しかる後、蓋体６の外周部（鍔状部）に、光ファイバ７ａと戻り光防止用の光アイソレータ７ｂとが樹脂接着剤で接着された蓋部材７を、ＹＡＧレーザ溶接等で接合することによって、製品としての光半導体装置となる。また、この半導体装置は端子９を介してプリント配線基板１０等に接続される。
【００３６】
かくして、本発明の光半導体パッケージは、セラミックス等の絶縁体から成る端子部材１１の誘電率、配線導体４ａの主成分、幅、長さおよび厚さを調整することによって、特性インピーダンスを整合させることができ、高周波信号の透過損失を小さくして高周波信号を円滑に伝送させることができる。また、基体２と光半導体素子３との熱膨張差によって発生する歪みを、放熱板８で抑制することができ、光半導体素子３と光ファイバ７ａとの光結合効率の劣化を効果的に防止できる。その結果、本発明の光半導体パッケージを用いて光半導体装置とした場合、光半導体素子３の光信号を効率良く光ファイバ７ａに伝達することができる。
【００３７】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置の実施例を以下に説明する。
【００３８】
図１の光半導体装置を以下のように構成した。まず、厚さ１ｍｍ×縦４．５ｍｍ×横３ｍｍの平板部４となるアルミナを主成分とする直方体のセラミックグリーンシート積層体Ａの一主面および側面に、配線導体４ａおよび接地導体となるＷペーストをスクリーン印刷法で印刷塗布し、厚さ１ｍｍ×縦１．５ｍｍ×横３ｍｍの立壁部５となるアルミナを主成分とする直方体のセラミックグリーンシート積層体Ｂをセラミックグリーンシート積層体Ａの一主面に積層し、同時焼成して端子部材１１を作製した。得られた端子部材１１は、平板部４および立壁部５の比誘電率が９、Ｗのメタライズ層から成る配線導体４ａの幅が３ｍｍ、長さが４．５ｍｍ、厚さが２ｍｍであった。
【００３９】
また、基体２は、厚さ１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴットを加工して、厚さ１ｍｍ、直径４．６ｍｍの円板状とした。基体２の中央部には、打ち抜き加工により端子部材１１を嵌着するための四角形の貫通孔２ａを形成した。この基体２の表面には、厚さ２μｍのＮｉ層と厚さ２μｍのＡｕ層をメッキ法により順次被着した。
【００４０】
そして、基体２の貫通孔２ａに端子部材１１を嵌め込み、Ａｇロウで接合することにより、嵌着接合した。その後、平板部４の一方主面の配線導体４ａの一辺側の端部にＬＤである光半導体素子３をロウ付けして搭載し、光半導体素子３と配線導体４ａとをボンディングワイヤで電気的に接続した。
【００４１】
放熱板８は、Ｃｕ−Ｗ合金から成る、厚さ１ｍｍ、直径４．６ｍｍの円板状とした。
【００４２】
そして、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る蓋体６を基体２の一方主面の外周部にシーム溶接により接合し気密封止した。しかる後、蓋体６の外周端部に、光ファイバ７ａと光アイソレータ７ｂとを樹脂接着剤で接着した蓋部材７をＹＡＧレーザ溶接により接合し、光半導体装置を作製した。
【００４３】
また、比較例として、基体２がＣｕ−Ｗ合金から成り、かつ放熱板８がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るもの、また、基体２がＣｕ−Ｗ合金から成り、かつ放熱板８がＣｕ（熱膨張係数１９×１０−６／℃）から成るものを、上記と同様にして作製した。
【００４４】
これらの光半導体装置について、基体２と端子部材１１と放熱板８の熱膨張係数（２０〜１００℃）および熱伝導率による光変動度を測定した結果を表１に示す。なお、光変動度の測定は、光ファイバ７ａの外部の先端に光パワーメーターを接続して行ない、光変動度の絶対値が０．５（ｄＢ）以下であるものを○、０．５を超えたものを×と評価した。
【００４５】
【表１】
2004063916.tif 000003
【００４６】
表１より、放熱板８と基体２との熱伝導率の差が１００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるＮｏ．１，２では、光変動度の絶対値が０．５（ｄＢ）を超えており、光半導体素子３と光ファイバ７ａとの光結合性が劣化していることが判った。
【００４７】
また、放熱板８の熱膨張係数が基体２より小さいＮｏ．６では、光変動度の絶対値が０．５（ｄＢ）を超えており、光半導体素子３と光ファイバ７ａとの光結合性が劣化していることが判った。
【００４８】
また、放熱板８の熱膨張係数が基体より大きく、かつ１４×１０−６／℃を超えているＮｏ．７では、光変動度の絶対値が０．５（ｄＢ）を超えており、光半導体素子３と光ファイバ７ａとの光結合性が劣化していることが判った。
【００４９】
これに対して、熱膨張係数が（基体２）＜（平板部４および立壁部５）＜（放熱板８）であり、かつ放熱板８の熱伝導率が基体２より１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い（ただし、放熱板８の熱膨張係数が１４×１０−６／℃を超えていない）Ｎｏ．３〜５では、光変動度の絶対値が０．５以下と良好であることが判った。なお、図３は表１のＮｏ．１〜５について、熱伝導率差と光変動度との関係をグラフ化したものである。
【００５０】
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行うことは何等支障ない。
【００５１】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、中央部に一方主面から他方主面にかけて貫通孔が形成された平板状の基体と、主面に一辺から対向する他辺にかけて配線導体が形成され、一辺側に光半導体素子が搭載される絶縁体から成る平板部および平板部の主面に配線導体の一部を間に挟んで接合された絶縁体から成る立壁部から成り、貫通孔に一辺側を一方主面側として嵌着された端子部材と、基体の一方主面側に端子部材を覆うように取着されるとともに、光半導体素子と対向する部位に光ファイバが固定される蓋部材と、基体の他方主面に端子部材を取り囲んで取着された、２０乃至１００℃における熱膨張係数が基体より大きく、かつ熱伝導率が基体よりも１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上高い放熱板とを具備することにより、光半導体素子と端子との間の特性インピーダンスのばらつきを効果的に抑えることができる。これは、セラミックス等の絶縁体から成る平板部に形成する配線導体の主成分として、Ｗ，Ｍｏ−Ｍｎ等の金属を自由に選定することができ、またスクリーン印刷法により配線導体の幅、長さ、厚みを自由に調整できることから、配線導体の周囲の誘電率が変化しても、配線導体を周囲の誘電率に合わせてインピーダンスを整合できることによる。
【００５２】
従って、インピーダンスの不整合が生じると予測される場合、配線導体でその不整合を相殺することもできる。例えば、絶縁体の誘電体率の変動によりインピーダンスが高くなると予測できる場合、配線導体の幅、長さ、厚みを調整してそのインピーダンスを低くし、信号線路全体のインピーダンスを整えることができる。その結果、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。具体的には、１０ＧＨｚ程度での特性インピーダンスのばらつきによる損失を３ｄＢ以下に抑制でき、また光半導体装置の性能を示す、デジタル信号等である矩形波の高周波信号の立ちあがり時間も３５ｐｓｅｃ（ピコ秒）以下を達成することができる。
【００５３】
また、基体と放熱板との熱膨張差を緩和して基体の変形を防ぐことにより、光半導体素子収納用パッケージの歪みを効果的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結合効率を良好に保持することができ、従って、動作時の高温状態でも光半導体素子と光ファイバとの間で安定した光結合が維持でき、光半導体装置として光出力の変動を±０．５ｄＢ以内とすることが可能となる。
【００５４】
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の端子部材の一辺側に光半導体素子を搭載するとともに、基体の一方主面側に光半導体素子と光ファイバとを対向させて端子部材を覆うように蓋部材を取着して成ることにより、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして使用することができ、また光半導体素子と光ファイバとの光結合効率を良好に保持できる、高性能のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示し、（ａ）は光半導体装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図２】従来の光半導体装置の一例を示し、（ａ）は光半導体装置の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】放熱板および基体の熱伝導率差と光変動度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１：光半導体素子収納用パッケージ
２：基体
２ａ：貫通孔
３：光半導体素子
４：平板部
４ａ：配線導体
５：立壁部
６：蓋体
７：蓋部材
７ａ：光ファイバ
８：放熱板
１１：端子部材
【図１】
2004063916.tif 000004
【図２】
2004063916.tif 000005
【図３】
2004063916.tif 000006