(57)【要約】【課題】  １０Ｇｂｐｓ以上の高速伝伝送用に用いることができる高周波特性の良好なステム型のパッケージを提供する。【解決手段】  上面と下面を有しその上面から下面に貫通する貫通孔が形成されたステムと貫通孔を絶縁体を介して絶縁されて貫通する信号供給用リード端子を備えた光半導体素子用パッケージにおいて、貫通孔と絶縁体と信号供給用リード端子とによって構成される伝送線路の特性インピーダンスと、上面から突出した信号供給用リード端子によって構成される伝送線路の特性インピーダンスとの差が小さくなるように、上面から突出した信号供給用リード端子に近接して接地導体を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面と下面を有しその上面に光半導体素子を実装するマウントが設けられかつ上記上面から上記下面に貫通する貫通孔が設けられたステムと、該貫通孔を絶縁体を介して絶縁されて貫通する信号供給用リード端子とを備えた光半導体素子用パッケージにおいて、
上記上面から突出した信号供給用リード端子に近接して接地導体を設けたことを特徴とする光半導体素子用パッケージ。
【請求項２】
上記接地導体は、上記上面から突出した信号供給用リード端子の少なくとも一部を取り囲むように設けた請求項１記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項３】
上記接地導体は、上記信号供給用リード端子の中心軸を中心として１５０°以上の範囲に亙って上記信号供給用リード端子を取り囲むように設けた請求項２記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項４】
上記接地導体は、上記マウントと一体で構成されている請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項５】
上記接地導体は、上記絶縁体の一部と重なるように設けられている請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項６】
上記接地導体と上記信号供給用リード端子の間に誘電体を設けた請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項７】
上記ステムの下面から突出した上記信号供給用リード端子の両側にグランド電極用端子を設けた請求項１〜６のうちのいずれか１つに記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項８】
上記グランド電極用端子は、上記ステムと一体で構成された請求項７記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項９】
上記信号供給用リード端子を２つ対にして設けた請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１０】
上記接地導体は上記マウントの一部として一体で構成されており、該マウントは上記ステムとは別体で作製され、そのマウントは上記接地導体が上記絶縁体の一部と重なるように上記ステム上に設けられた請求項１記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１１】
上記マウントと上記ステムはそれぞれプレス加工により作製された請求項１０記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１２】
上記ステムの上面から突出した信号供給用リード端子によって構成される伝送線路の特性インピーダンスが６０Ω以下になるように、上記突出した信号供給用リード端子と上記接地導体との間の距離を設定した請求項１０又は１１に記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１３】
上記突出した信号供給用リード端子と上記接地導体との間の距離が０．１７５ｍｍ以下である請求項１０又は１１に記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１４】
上記ステムの上面に、上記マウントを位置決めするためのガイド部を設けた請求項１０〜１３のうちのいずれか１つに記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１５】
上記ステムの上面から突出した信号供給用リード端子によって構成される伝送線路の特性インピーダンスが小さくなるように、上記突出した信号供給用リード端子の先端部分が変形されている請求項１０〜１４のうちのいずれか１つに記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１６】
上記信号供給用リード端子は円柱形状であり、上記先端部分はその円柱が平たく潰されるように変形されている請求項１５記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１７】
上記先端部分が変形した信号供給用リード端子に沿って上記円周面が屈曲している請求項１４又は１５に記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１８】
上記接地導体と上記絶縁体とが重なる部分において、その接地導体が直接上記絶縁体に接触しないように、上記マウントの角部に段差が設けられた請求項１０記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項１９】
上記接地導体と上記絶縁体とが重なる部分において、その接地導体が直接上記絶縁体に接触しないように、上記マウントを台座を介して上記ステムボディーの上面に設けた請求項１０記載の光半導体素子用パッケージ。
【請求項２０】
上記接地導体と上記絶縁体とが重なる部分において、その接地導体が直接上記絶縁体に接触しないように、上記マウントの角部が円周面とされている請求項１０記載の光半導体素子用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体素子用パッケージ、特に高周波特性に優れた光半導体素子用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光通信において、伝送速度は、６００Ｍｂｐｓから２．５Ｇｂｐｓ、さらには１０Ｇｂｐｓと次々に高速化されており、それに伴ない光送受信器に用いら入れる発光・受光素子にはより高速化が求められている。また、同時に、発光・受光素子を搭載するパッケージにもより高周波特性がよく、安価なものが要求される。このような発光受光素子を搭載するパッケージには、箱形状でストリップライン等を用いたバタフライ型と、同軸形状で構造のシンプルなステム型がある。
【０００３】
従来のステム型パッケージは、図９（ａ），（ｂ）に示すように、ステムボティー１１３を用いて以下のように構成される。ステムボティー１１３の貫通孔には、ステムボティー１１３を貫通するように、一対のフォトダイオード用リード端子１０５と信号供給用リード端子１１２がガラス材料１０６により絶縁されて設けられる。また、ステムボティー１１３の上面には、サブマウント１０２及び半導体レーザ１０３が搭載されるマウント９０１が信号供給用リード端子１１２に隣接して設けられ、サブマウント１０８とモニター用フォトダイオード１０７とを取り付ける凹部１０９が形成される。ここで、凹部１０９は、サブマウント１０８を介して設けられたモニター用フォトダイオード１０７に、半導体レーザダイオードの出射面の反対側のモニター側端面から出射されたレーザ光が入力されるような位置に形成される。尚、図９（ａ）において、１１４の符号を付して示すものは、接地用リード端子である。
【０００４】
以上のように構成されたステムを用いて、マウント９０１の１つの側面にサブマウント１０２を介して半導体レーザ１０３を搭載し、凹部１０９にサブマウント１０８を介してモニター用フォトダイオード１０７を搭載して、所定のリード端子との間をワイヤ１０４，１１０，１１１により接続することにより半導体レーザ装置が構成される（例えば、特許文献１，２）。
【０００５】
以上のように構成された半導体レーザ装置において、信号供給用リード端子１１２とグランド用リード端子１１４の間に１．５Ｖ程度の電圧を印加すると、半導体レーザダイオードに数十ｍＡ程度の電流が流れ、レーザ光が出射される。また、出射面と反対側の端面から出射されるレーザ光はモニター用のフォトダイオード１０７によって受光され、半導体レーザ１０３の出射光量が監視される。
また、これらのステム型の光半導体素子用パッケージでは、半導体レーザ素子が発生する熱を効果的に放出する放熱特性を向上させた構造も提案されている（特許文献３，４，５）。
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００４１６１２Ａ１
【特許文献２】米国特許出願公開第２００２／０１４１１４２Ａ１
【特許文献３】特開昭５８−９８９９５号公報
【特許文献４】米国特許第５，２６２，６７５号
【特許文献５】特開平０７−２４０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の光半導体素子用パッケージには、バタフライ型は高周波特性はよいが、構造が複雑であるために非常に高価であり、一方、ステム型は安価であるが、高周波特性が悪く、１０Ｇｂｐｓの高速伝伝送に用いることは困難であるという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、１０Ｇｂｐｓの高速伝伝送用に用いることができる高周波特性の良好なステム型のパッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成するために、本発明に係る光半導体素子用パッケージは、上面と下面を有しその上面に光半導体素子を実装するマウントが設けられかつ上記上面から上記下面に貫通する貫通孔が設けられたステムと、該貫通孔を絶縁体を介して絶縁されて貫通する信号供給用リード端子とを備えた光半導体素子用パッケージにおいて、上記貫通孔と上記絶縁体と上記信号供給用リード端子とによって構成される伝送線路の特性インピーダンスと、上記上面から突出した信号供給用リード端子によって構成される伝送線路の特性インピーダンスとの差が小さくなるように、上記上面から突出した信号供給用リード端子に近接して接地導体を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように構成された本発明によれば、１０Ｇｂｐｓの高速伝伝送用に用いることができる高周波特性の良好なステム型の光半導体素子用パッケージを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の光半導体デバイスについて説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明に係る実施の形態１の光半導体デバイスの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。この実施の形態１の光半導体デバイスは、光通信用レーザデバイスであって、本願特有の光半導体素子用パッケージとレーザ素子等の光半導体素子とを用いて構成される。具体的には、本実施の形態１の光半導体デバイスにおいて、その光半導体素子用パッケージは、高周波特性を良好にするために、図９に示す従来例の光半導体素子用パッケージにおいて、マウント９０１に代えてマウント１０１を用いて構成した以外は、図９と同様に構成される。尚、図１において図９と同様のものには同様の符号を付して示している。
実施の形態１の光半導体デバイスにおいて、光半導体素子用パッケージのマウント１０１は、例えば、電気伝導性と熱伝導性に優れた金属からなり、図１（ａ）（ｂ）に示すように、レーザ素子１０３等を取り付けるマウント面１０１ｂと信号供給用リード端子１１２を取り囲む円周面１０１ａとを有している。そして、マウント面１０１ｂ上には、サブマウント１０２を介してレーザ素子１０３が取り付けられ、取り付けられたレーザ素子１０３がステムボディー１１３上面の上方ほぼ中央部に位置しかつ円周面１０１ａが信号供給用リード端子１１２と同軸になるようにステムボディー１１３の上面にマウント１０１は配置される。ここで、光半導体素子用パッケージにおいて、マウント１０１の円周面１０１ａは、信号供給用リード端子１１２が挿入される貫通孔とほぼ同じ径に形成されている。
ここで、マウント１０１は、鉄及び鉄の合金、銅及び銅合金などの金属、又は表面をメタライズした誘電体等からなり、実施の形態１の光半導体素子では、マウント１０１の円周面１０１ａによって、信号供給用リード端子１１２を取り囲む接地導体が構成される。
【００１２】
尚、本実施の形態１の光半導体素子用パッケージにおける各要素の寸法は、例えば以下の範囲内に設定される。
ステムボティー１１３の直径：２〜１０ｍｍ、
ステムボティー１１３の厚さ：０．５〜２ｍｍ、
信号供給用リード端子１１２がステムボティー１１３の上面から突出した高さ：０．３ｍｍ〜２ｍｍ、
マウント１０１の高さ：０．３ｍｍ〜２ｍｍ、
ガラス材料１０６の直径（貫通孔径）：０．３ｍｍ〜３ｍｍ、
信号供給用リード端子１１２の直径：０．２ｍｍ〜２ｍｍ、
【００１３】
以上のように構成された実施の形態１の光半導体デバイスにおいて、信号供給用リード端子１１２に供給された信号は、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄを伝送されて半導体レーザ素子１０３に供給される。ここで、伝送線路Ｃは、ステムボディーの貫通孔の部分で貫通孔の内壁とガラス材料１０６と信号供給用リード端子１１２とによって構成される部分であり、伝送線路Ｄは、ステムボティー１１３の上面から突出した信号供給用リード端子１１２と円周面１０１ａとによって構成される部分である。
【００１４】
本実施の形態１に係る光半導体デバイスの光半導体素子用パッケージでは、ステムボティー１１３の上面から突出した信号供給用リード端子１１２を円周面１０１ａによって取り囲んで伝送線路Ｄを構成しているので、伝送線路Ｄのインピーダンスを低くできる結果、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄとの間のインピーダンス不整合を小さくできる。これによって、例えば、１０Ｇｂｐｓ又はそれ以上の高周波信号を半導体レーザ素子に供給する場合であっても、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの境界における反射を押さえることができ、高周波伝送特性を良好にできる。
また、本実施の形態１において、マウント１０１とステムボディー１１３とは一体で形成することができ、このようにすると、製造が容易になる。
以下、伝送線路間の反射特性について従来例と対比しながら詳細に説明する。
【００１５】
一般に光半導体デバイスへの給電は、図１０に示すように、給電基板を用いて行われ、伝送線路Ａ、接続部分Ｂ、伝送線路Ｃ及び伝送線路Ｄを介してレーザ素子等の光半導体素子に高周波信号が供給される。ここで、伝送線路Ａは、給電基板１１７部分の伝送線路であって、基板の一方の面上に互いに平行に形成された信号ライン１１５とグランドライン１１６からなり、信号ライン１１５は信号供給用リード端子１１２に接続され、グランドライン１１６は接地用リード端子１１４に接続される。
また、接続部分Ｂは、伝送線路Ａと伝送線路Ｃの間の接続部分であり、その接続部分Ｂにおいてもインピーダンスの不整合が生じる。
さらに、伝送線路Ｃは、ステムボディー１１３の貫通孔の部分の伝送線路であって、貫通孔の内壁とガラス材料１０６と信号供給用リード端子１１２とによって構成される。また、伝送線路Ｄは、ステムボティー１１３の上面から突出した信号供給用リード端子１１２によって構成される部分である。
入力された高周波信号が伝送線路間で反射されることなく、半導体レーザに給電されるためには、伝送線路Ａ〜Ｄ間で特性インピーダンスがほぼ等しいことが好ましい。しかしながら、伝送線路Ａ〜Ｄの各インピーダンスは、主として各伝送線路を構成する要素の物理的形状によって決定されるものであり、かつその物理的な形状は、光半導体デバイスの全体形状及び機械的強度等も含めて総合的に決定する必要があるので自由に決定できるものではない。
【００１６】
具体的には、信号供給用リード端子１１２の直径を０．３５ｍｍ〜０．４５ｍｍ、ステム貫通孔の直径を０．７〜１ｍｍ、信号供給用リード端子１１２とグランド用リード端子１１４の中心間の間隔を１ｍｍ〜２ｍｍとすると、各伝送線路のインピーダンスは次のようになる。
すなわち、伝送線路ＢのインピーダンスＺｂは、信号供給用リード端子１１２とグランド用リード端子１１４の中心間の間隔により決定され、その間隔を１ｍｍ〜２ｍｍとすると、１６０Ω程度になる。
また、伝送線路ＣのインピーダンスＺｃは、ステム貫通孔の直径（ガラス材料の直径）と信号供給用リード端子１１２の直径により決定され、約２０Ω程度になる。
また、伝送線路ＤのインピーダンスＺｄは、信号供給用リード端子１１２の直径及び他の要素との関係により決定され、図９の従来例の構造では、約７０Ωにある。
【００１７】
信号ライン１１５のインピーダンスＺａを２５Ωとすると、接続部分Ｂ及び伝送線路Ｄでは、インピーダンスが高くなるので、各伝送線路の境界間で大きな反射が生じる。例えば、１０Ｇｂｐｓの伝送速度で変調するためには、１０ＧＨｚの高周波信号を入力した場合の電気反射量Ｓ１１は、−１０ｄＢ以下が必要であるが、従来の図９の構成では、−５ｄＢ以上の反射が生じ、良好な特性が得られない。
【００１８】
これに対して、本実施の形態１の光半導体デバイスは、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄとの間の反射を小さくできる。
図２（ａ）は、取り囲み角度θに対する伝送線路Ｄのインピーダンス（特性インピーダンス）を、３次元電磁界シミュレータによって解析した結果を示している。また、図２（ｂ）には、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの境界における反射量Ｓ１１（ｄＢ）の角度θ依存性の解析（シミュレーション）結果を示している。ここで、図２（ａ）（ｂ）には、信号供給用リード端子１１２の直径を０．４５ｍｍとし、取り囲み部の内径を１ｍｍとした場合（破線）、信号供給用リード端子１１２の直径を０．３５ｍｍとし、取り囲み部の内径を０．７ｍｍとした場合（破線）について、信号周波数を１０ＧＨｚとして解析した結果をそれぞれ示している。図２（ａ）に示すように、取り囲み角度θが大きくなるほど、インピーダンスは下がる傾向にある。また、図２（ｂ）に示すように、取り囲み角度θが大きくなるほど、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの境界における反射量Ｓ１１（ｄＢ）は減衰する。
【００１９】
尚、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの境界における反射量Ｓ１１（ｄＢ）は、−１０ｄＢ以下であることが好ましく、取り囲み角度θでいうと、図２（ｂ）から１５０°以上であることが好ましい。また、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの境界以外の部分における反射もあるので、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの境界における反射量Ｓ１１（ｄＢ）は、−１２ｄＢ以下であることが好ましく、この反射量を実現するための取り囲み角度θは２１０°以上である。
このように、伝送線路Ｄにおいて、信号供給用リード端子の少なくとも一部を取り囲むように接地導体を設ける場合、該接地導体は、信号供給用リード端子１１２の中心軸を中心として１５０°以上の範囲に亙って信号供給用リード端子１１２を取り囲むように設けることが好ましく、より好ましくはその取り囲み角度θは２１０°以上とすると、伝送線路Ｄの特性インピーダンスを効果的に低くすることができる。
【００２０】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の光半導体デバイスは、以下のようにして高周波特性を改善した光半導体素子用パッケージを用いて構成されている。すなわち、実施の形態２の光半導体素子用パッケージは、図３に示すように、図９の従来例の光半導体素子用パッケージにおいて、導体又は表面をメタライズした誘電体等からなる対向接地電極部２０１を、信号供給用リード端子１１２に近接してさらに設けた以外は、図９と同様に構成される。
本実施の形態２では、信号供給用リード端子１１２と対向接地電極部２０１とによって伝送線路Ｄが構成され、これにより、図９に示す従来例よりインピーダンスの低い伝送線路Ｄを構成することができる。
これにより、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの間の反射量を小さくできる。
【００２１】
以上説明したように、実施の形態１及び２の光半導体デバイスは、上述した本発明に特有の光半導体素子用パッケージを用いて構成されているので、高周波特性に優れた光半導体デバイスを提供できる。
すなわち、本実施の形態１及び２の光半導体デバイスにおける光半導体素子用パッケージは、ステムボディー１１３に形成された貫通孔とその貫通孔にガラス材料を介して（ステムボディーと絶縁されて）挿入された信号供給用リード端子とによって構成される伝送線路Ｃの特性インピーダンスと、ステムボディー１１３の上面から突出した信号供給用リード端子１１２によって構成される伝送線路Ｄの特性インピーダンスとの差が小さくなるように、上面から突出した信号供給用リード端子に近接して接地導体（円周面１０１ａの近傍のマウント１０１，対向接地電極部２０１）を設けている。
これにより、高周波特性に優れた光半導体デバイスを提供できる。
【００２２】
実施の形態３．
本発明に係る実施の形態３の光半導体デバイスは、以下のようにして高周波特性を改善した光半導体素子用パッケージを用いて構成されている。すなわち、実施の形態３の光半導体素子用パッケージは、図４に示すように、実施の形態２の光半導体素子用パッケージにおいてさらに、対向接地電極部２０１と信号供給用リード端子１１２の間に誘電体板３０１（例えば、比誘電率が２〜１２の間の誘電体、より具体的にはアルミナ等からなる）をさらに設けた以外は、実施の形態２と同様に構成される。
本実施の形態３では、信号供給用リード端子１１２と対向接地電極部２０１と誘電体板３０１とによって伝送線路Ｄが構成され、この誘電体板の比誘電率が真空中（空気中）より高いことにより、図３に示す実施の形態２に示す光半導体素子用パッケージよりさらにインピーダンスの低い伝送線路Ｄを構成することができる。
これによって、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄとの間の特性インピーダンス差をより小さくできる。
また、実施の形態３では、実施の形態２において、対向接地電極部２０１と信号供給用リード端子１１２の間に誘電体板３０１を設けるようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、実施の形態１において、マウント１０１の円周面１０１ａと信号供給用リード端子１１２の間に誘電体を設けるようにしてもよく、このようにすると、実施の形態１においてさらに伝送線路Ｃと伝送線路Ｄとの間の特性インピーダンス差をより小さくできる。
【００２３】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の光半導体デバイスは、以下のようにして高周波特性を改善した光半導体素子用パッケージを用いて構成されている。すなわち、実施の形態４の光半導体素子用パッケージは、図５に示すように、図９の従来例の光半導体素子用パッケージにおいてさらに、グランド用リード端子４１４をさらに設けた以外は従来例と同様に構成される。
実施の形態４の光半導体素子用パッケージにおいて、グランド用リード端子４１４はグランド用リード端子１１４との間に信号供給用リード端子１１２を挟むように設けられる。
以上のように構成された実施の形態４の光半導体素子用パッケージでは、接続部分Ｂにおける反射を小さくできる。
【００２４】
図６は、ステムボディー１１３と給電基板１１７との間の間隔Ｗ（μｍ）に対する接続部分Ｂにおける電気反射量Ｓ１１（ｄＢ）を、３次元電磁界シミュレーターで解析した結果を示すグラフである。本シミュレーションにおいて、グランド用リード端子４１４と信号供給用リード端子１１２の間の中心軸間の間隔及びグランド用リード端子１１４と信号供給用リード端子１１２の間の中心軸間の間隔は、それぞれ１ｍｍとした。また、従来例のグランド用リード端子１１４と信号供給用リード端子１１２の間の中心軸間の間隔も１ｍｍとした。
図６から明らかなように、グランド用リード端子４１４とグランド用リード端子１１４との間に信号供給用リード端子１１２を挟み込んだ本実施の形態４の光半導体素子は、間隔Ｗが同じ場合には反射量Ｓ１１を小さくできることがわかる。ステムボディー１１３と給電基板との間隔を小さくしていった場合に、従来例に比較してより顕著に、反射量低減効果が現われる。
【００２５】
以上の実施の形態４の光半導体デバイスでは、通常の実装方法を採用した場合に必要とされる、ステムボディー１１３と給電基板との間の５００μｍ程度の間隔となった場合であっても、−１０ｄＢ以下の反射量とできる。
これに対して、図９の従来例の構成では、ステムボディー１１３と給電基板との間に５００μｍ程度の間隔が開いた場合には、−５ｄＢ程度の反射量となる。
【００２６】
以上の実施の形態４の光半導体デバイスでは、図７に示すように、グランド用リード端子４１４とグランド用リード端子１１４とに代えてそれぞれ、ステムボディー１１３と一体的に形成された金属突起を形成するようにしてもよい。
【００２７】
実施の形態５．
本発明に係る実施の形態５の光半導体デバイスは、図８に示すように、信号供給用リード端子１１２を２本備えた差動給電方式の光半導体デバイスであって、ステムボティー１１３の上面から突出した各信号供給用リード端子１１２においてそれぞれ、周りが金属円周面によって取り囲まれて、実施の形態１と同様の伝送線路Ｄが構成されている。
また、本実施の形態５の光半導体デバイスでは、ステムボティー１１３の裏側において、各信号供給用リード端子１１２をそれぞれグランド用リード端子４１４とグランド用リード端子１１４の間に挟み込んだ実施の形態４と同様の構成としている。
以上のように構成された実施の形態５の光半導体デバイスは、実施の形態１及び実施の形態４の効果を併せ持っており、信号の反射を効果的に抑えることができる。
【００２８】
このように、本発明に係る実施の形態１〜５に記載の光半導体デバイスはそれぞれ、伝送線路Ａ〜Ｄの間における信号の反射を低減できる光半導体素子用パッケージを用いて構成されているので、高周波特性の良好な光半導体素子を提供できる。
尚、以上の実施の形態では、光半導体素子としてレーザ素子を用いた例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、光半導体素子として受光素子を用いても実施の形態と同様の効果が得られる。
【００２９】
以下に説明する実施の形態は、本発明に係る具体的構成においてさらに製造面を考慮した場合の好ましい形態に係るものである。
すなわち、実施の形態１の光半導体デバイスは、リードの取り囲み角度θを２００度以上にすることにより、特性インピーダンスを５０Ω程度にできることを示した。
このステム型の光半導体素子用パッケージは、鉄等の金属導体により構成する場合、量産性を考慮して、通常、ステムボディー１１３とマウント１０１が一体でプレス加工される。
【００３０】
しかしながら、図１に示す円周面１０１ａを持ったマウント１０１を備えた実施の形態１のステム型の光半導体素子用パッケージを、プレス加工によりステムボディー１１３とマウント１０１を一体で形成しようとすると、十分取り囲み角度の大きいマウントを形成することが困難である上に、かどが丸くなってしまい十分インピーダンスを低くすることができない。
【００３１】
すなわち、図２２（ａ）（ｂ）に示すように、
（１）取り囲み角度が小さく（１００度前後）、かつ角が丸み（６０１ｃの符号を付して示す）をおびたマウント６０１となってしまうこと、
（２）プレス加工によりステムボディー１１３とマウント６０１を一体で形成しようとすると、図２３に示すように、マウント６０１の円周面６０１ａをガラス部１０６から（貫通孔の外周面から）距離Ｓ（約１００μｍ程度）だけ離す必要があり、円周面６０１ａと信号供給用リード端子１１２とを近づけることができなくなること、
等により、十分特性インピーダンスを小さくすることができない。
このように製造上の制約を考えると、十分良好な高周波特性が得られない。
そこで、本実施の形態６〜１２では、製造上の制約を考慮した上で、十分特性インピーダンスを小さくすることができる光半導体素子用パッケージの具体的な形態を提供するものである。
【００３２】
実施の形態６．
図１１（ａ）は、実施の形態６の光半導体デバイスの斜視図であり、（ｂ）はその上面図である。また、図１２は、図１１（ｂ）のＡ−Ｂ線についての断面図である。
本実施の形態６の光半導体素子用パッケージは、（１）マウント６１とステムボディー１１３とをそれぞれ別にプレス加工し、（２）マウント６１の円周面６１ａと信号供給用リード端子１１２との間の距離を小さくするために、ガラス材料１０６の外周部の一部を覆うように、マウント６１を取り付けている。
すなわち、本実施の形態６の光半導体デバイスに用いた光半導体素子用パッケージでは、まず、ガラス材料１０６の径より小さく、信号供給用リード端子１１２の径より大きい径の円周面６１ａを有するマウント６１を、プレス加工でステムボディー１１３とは別体で作製する。
そして、貫通孔にガラス材料１０６を介して信号供給用リード端子１１２が設けられたステムボディー１１３上に、信号供給用リード端子１１２と円周面６１ａとが同軸となるように、マウント６１を配置する。
【００３３】
すなわち、本実施の形態６では、ガラス材料１０６の半径Ｒｇｌａｓｓ、信号供給用リード端子１１２の半径Ｒｌｅａｄ及び円周面６１ａの半径Ｒｃｆｆを、Ｒｇｌａｓｓ＞Ｒｃｆｆ＞Ｒｌｅａｄの関係を満たすように設定し、信号供給用リード端子１１２の外周と円周面６１ａとの間の距離Ｗが円周面６１ａの半径Ｒｃｆｆと信号供給用リード端子１１２の半径Ｒｌｅａｄの差になるようにしている（Ｗ＝Ｒｃｆｆ−Ｒｌｅａｄ）。
尚、言うまでもなく、Ｗ＜Ｒｇｌａｓｓ−Ｒｌｅａｄである。
【００３４】
例えば、ガラス材料１０６の半径Ｒｇｌａｓｓを０．３５ｍｍとし、信号供給用リード端子１１２の半径Ｒｌｅａｄを０．１７５ｍｍとし、リード取り囲み角度θを１３０度として距離Ｗすなわち円周面６１ａの半径Ｒｃｆｆを変化させたときの特性インピーダンスの計算結果を図１３に示す。
図１３において、Ｗ＝０．１７５ｍｍ（Ｒｃｆｆ−Ｒｌｅａｄ）の場合、ガラス材料の外周とマウント６１の円周面６１ａとが一致し、そのときの特性インピーダンスは６０Ωである。
また、Ｗ＜０．１７５ｍｍのとき、ガラス材料の外周半径Ｒｇｌａｓｓよりマウント６１の円周面６１ａの半径Ｒｃｆｆが小さくなり、特性インピーダンスは６０Ω以下になり、Ｗ＝０．１ｍｍとすると５０Ωまで特性インピーダンスを下げることができる。
このように、距離Ｗを小さくするとリード部分の特性インピーダンスが下がるのは、距離Ｗが小さくなると、高周波信号が信号供給用リード端子１１２を伝送する際の電磁界が円周面６１ａと信号供給用リード端子１１２の間により強く閉じ込められるようになるためである。
【００３５】
図１４は、Ｗ＝０．１ｍｍとした場合における高周波特性を示すグラフであり、信号供給用リード端子１１２の入力端から半導体レーザ１０３の入力端までの反射Ｓ１１と伝送特性Ｓ２１とを示している。尚、図１４には、実施の形態６の高周波特性とともに、比較例として図２２（ａ）（ｂ）に示した構造の光半導体素子用パッケージ（取り囲み角度θ＝１００度；信号供給用リード端子１１２と円周面との距離＝０．２７５ｍｍ）における信号供給用リード端子１１２の入力端から半導体レーザ１０３の入力端までの反射Ｓ１１と伝送特性Ｓ２１とを示している。
このように、本実施の形態６のステム型の光半導体素子用パッケージでは、比較として用いた光半導体素子用パッケージに比べて、１０ＧＨｚにおける反射Ｓ１１は約１ｄＢ低減でき、透過特性Ｓ２１及び電気透過特性Ｓ２１は１ｄＢ改善できた。これは、特性インピーダンスを５０Ωに低減できたためである。
【００３６】
以上のように構成された実施の形態６の光半導体素子用パッケージは、比較的小さな取り囲み角度（実施の形態１で好ましい範囲として示した２００°以上に対して、１３０°）としているので、量産性に優れたプレス加工により製造でき、かつ距離Ｗを小さくすることにより、信号供給用リード端子の突出部分を低い特性インピーダンスにできるので、高周波特性に優れている。
【００３７】
実施の形態７．
図１５は、実施の形態７の光半導体デバイスにおける信号供給用リード端子１１２のとその周辺部分の部分断面図である。
実施の形態７の光半導体デバイスは、ステムボディー１１３にマウント１０１の位置決めをするためのガイド１１３ａを形成したことを特徴とし、信号供給用リード端子１１２とマウント１０１との間の距離Ｗを定められた値に精度よく設定できるようにしている（再現性を向上させている）。
すなわち、実施の形態６において、図１３を用いて説明したように、距離Ｗの値によって、リード部分のインピーダンスが設定されるので、距離Ｗの値が変化するとインピーダンスの値も変化する（製造バラツキの原因となる。）。
【００３８】
これに対して、本実施の形態７の光半導体素子用パッケージでは、ガイド１１３ａをステムボディーに形成する（例えば、ステムボディーと形成で形成する）ことにより、信号供給用リード端子１１２とマウント６１との間の距離Ｗを精度よく位置決めできるので、リード部分のインピーダンスのバラツキを小さくできる。
【００３９】
以上のように構成された実施の形態７の光半導体デバイスは、ステムボディー１１３とマウント１０１とを別体で作製した後にステムボディー１１３上にマウント１０１を取りつける場合においても必要な取りつけ位置精度を確保できる。
【００４０】
実施の形態８．
図１６（ａ）は、実施の形態８の光半導体デバイスの斜視図であり、（ｂ）はその上面図である。また、図１７は、図１６（ｂ）のＡ−Ｂ線についての断面図である。
実施の形態８の光半導体デバイスは、実施の形態６の光半導体デバイスにおいて、信号供給用リード端子１１２に代えて、表面積を大きくするために、頭部（好ましくは、ステムボディー１１３から突出した全ての部分）が平たく潰された信号供給用リード端子２１２を用いて構成した以外は、実施の形態６と同様に構成されている。
【００４１】
この実施の形態８の光半導体素子用パッケージでは、信号供給用リード端子１１２の頭部が平たく潰されてその部分（扁平部２１２）の表面積が大きくなっているために、高周波における表面抵抗を小さくできるので、伝送線路としての特性インピーダンスを低くできる。
また、本実施の形態８の光半導体素子用パッケージでは、頭部の扁平部２１２の表面積を大きくして円周面１０１ａとの対向面積を大きくすることにより、さらに信号供給用リード端子２１２と円周面との間に電磁界がより強く閉じ込められて特性インピーダンスをより小さくすることができる。
【００４２】
実施の形態９．
本実施の形態９の光半導体デバイスは、図１８に示すように、実施の形態８の光半導体デバイスにおいて、マウント１０１に代えて、信号供給用リード端子１１２に沿うように屈曲した対向面を有するマウント２０１を用いて構成した以外は、実施の形態８と同様に構成されている。
信号供給用リード端子１１２の扁平部２１２以外の部分が円柱形状である場合、マウント２０１の信号供給用リード端子１１２と対向する部分は、好ましくは以下のように構成する。
信号供給用リード端子１１２のステムボディー１１３から突出した部分のうち、円柱形状の部分に対向する面は、信号供給用リード端子１１２の外周面（円周面）と一定間隔で近接して対向するように円周面２０１ｂとする。
また、信号供給用リード端子１１２の扁平部２１２に対向する面は、その扁平部２１２と一定間隔で近接して対向するように平坦面２０１ａとする。
【００４３】
このように構成された実施の形態９では、信号供給用リード端子１１２の扁平部２１２と平坦面２０１ａの間、及び信号供給用リード端子１１２と円周面２０１ｂの間に電磁界が実施の形態８に比較してさらに強く閉じ込めることができ、ステムボディー１１３から突出した信号供給用リード端子１１２部分の特性インピーダンスをより小さくできる。
【００４４】
実施の形態１０．
実施の形態１０の光半導体デバイスは、図１９（ａ）に示すように、マウント３０１のガラス材料１０６と対向する内側角部に、ガラス材料との接触を防止するための段差(凹部）Ｓ３０１を形成したものである。
以上のように構成された実施の形態１０の光半導体デバイスにおいては、ガラス材料１０６とマウント３０１との接触を防止することができる。
すなわち、ステムボディー１１３に組み込まれたガラス材料１０６は、製造方法によっては、図１９（ａ）に示すようにステムボディーの上面から突出することがあるが、その場合でもガラス材料１０６とマウント３０１との接触を防止することができる。
また、ステムボディー１１３とマウント３０１とを、例えば、ハンダ等の材料を用いて接合する際に、ガラス材料１０６上にハンダ材料が付着するのを防止できる。
【００４５】
このように構成された実施の形態１０の光半導体デバイスでは、マウント３０１とガラス材料１０６との間を離すことにより、マウントとガラス材料１０６との接触状態が不安定になることにより生じる特性インピーダンスのフラツキを防止できる。
【００４６】
実施の形態１１．
実施の形態１１の光半導体デバイスは、図１９（ｂ）に示すように、マウント１０１を取り付けるための台座１１３ｂ（凸部）をステムボディー１１３に形成したものである。
尚、本実施の形態１１では、マウント１０１は、円周面１０１ａが台座１１３ｂ（凸部）から信号供給用リード端子側に突出するように台座１１３ｂ上に設けられる。
以上のように構成された実施の形態１１の光半導体デバイスにおいては、実施の形態１０と同様にガラス材料１０６とマウント１０１との接触を防止することができ、ステムボディー１１３とマウント１０１とを、ハンダ等の材料を用いて接合した場合でも、ガラス材料１０６上にハンダ材料が付着するのを防止できる。
【００４７】
実施の形態１２．
実施の形態１２の光半導体デバイスは、図１９（ａ）に示すように、マウント５０１のガラス材料１０６と対向する内側角部を丸みを帯びた角部円周面５０１ｃとしたものである。
尚、角部円周面５０１ｃの半径は、マウント５０１の取り付け位置と、信号供給リード端子１１２とそれに対向する円周面５０１ａの間隔とを考慮して、ガラス材料１０６とマウント５０１とが接触しないように設定される。
【００４８】
以上のように構成された実施の形態１２の光半導体デバイスにおいては、ガラス材料１０６とマウント５０１との接触を防止することができ、ステムボディー１１３とマウント５０１とを、ハンダ等の材料を用いて接合した場合でも、ガラス材料１０６上にハンダ材料が付着するのを防止できる。
【００４９】
以上の実施の形態６〜１２において、マウント６１，１０１，２０１，３０１，５０１は、鉄及び鉄の合金、銅及び銅合金などの金属、又は表面をメタライズした誘電体等からなり、円周面６１ａ，１０１ａ，２０１ｂ及び平坦面２０１ａによって、信号供給用リード端子１１２を取り囲む（または、対向する）接地導体が構成される。
【００５０】
変形例．
以上の実施の形態６〜１２では、信号供給用リード端子１１２が１つの場合について説明したが、本願はこれに限られるものではなく、信号供給用リード端子１１２が複数の場合においても、それぞれの信号供給用リード端子１１２部分に実施の形態６〜１２で説明した構成を適用できる。
図２１（ａ）（ｂ）には、半導体レーザ１０３を差動で動作させるために２つの信号給電リード端子１１２ａ，１１２ｂを備えた場合において、それぞれの信号供給用リード端子１１２ａ，１１２ｂ部分に実施の形態６で説明した構成を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る実施の形態１の光半導体デバイスの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図２】（ａ）は、取り囲み角度θに対する伝送線路Ｄのインピーダンス（特性インピーダンス）を、３次元電磁界シミュレータによって解析した結果を示すグラフであり、（ｂ）は、伝送線路Ｃと伝送線路Ｄの境界における反射量Ｓ１１（ｄＢ）の角度θ依存性の解析（シミュレーション）結果を示すグラフである。
【図３】本発明に係る実施の形態２の光半導体デバイスの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図４】本発明に係る実施の形態３の光半導体デバイスの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図５】本発明に係る実施の形態４の光半導体デバイスの背面側において、給電基板との間の接続の様子を示す斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図６】接続部分Ｂにおける電気反射量Ｓ１１（ｄＢ）を、３次元電磁界シミュレーターで解析した結果を示すグラフである。
【図７】実施の形態４の変形例に係る光半導体デバイスの背面側において、給電基板との間の接続の様子を示す斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図８】本発明に係る実施の形態５の光半導体デバイスの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図９】従来例の光半導体デバイスの斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図１０】光半導体デバイスの背面側において、給電基板との間の接続の様子を示す斜視図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図１１】本発明に係る実施の形態６の光半導体デバイスの斜視図（ａ）とその平面図（ｂ）である。
【図１２】図１１（ｂ）のＡ−Ｂ線についての断面図である。
【図１３】実施の形態６の光半導体素子用パッケージにおいて、信号供給用リード端子１１２と円周面６１ａとの間の間隔Ｗを変化させたときの特性インピーダンスの計算結果を示すグラフである。
【図１４】実施の形態６の光半導体デバイスにおける信号供給用リード端子の入力端から半導体レーザの入力端までの反射Ｓ１１と伝送特性Ｓ２１とを示すグラフである。
【図１５】実施の形態７の光半導体デバイスにおける信号供給用リード端子１１２のとその周辺部分の部分断面図である。
【図１６】本発明に係る実施の形態８の光半導体デバイスの斜視図（ａ）とその平面図（ｂ）である。
【図１７】図１６（ｂ）のＡ−Ｂ線についての断面図である。
【図１８】実施の形態９の光半導体デバイスにおける信号供給用リード端子１１２のとその周辺部分の部分断面図である。
【図１９】（ａ）は、実施の形態１０の光半導体デバイスにおける信号供給用リード端子１１２のとその周辺部分の部分断面図であり、（ｂ）は、実施の形態１１の光半導体デバイスにおける信号供給用リード端子１１２のとその周辺部分の部分断面図である。
【図２０】実施の形態１２の光半導体デバイスにおける信号供給用リード端子１１２のとその周辺部分の部分断面図である。
【図２１】本発明に係る変形例の光半導体デバイスの斜視図（ａ）とその平面図（ｂ）である。
【図２２】比較例の光半導体デバイスの斜視図（ａ）とその平面図（ｂ）である。
【図２３】図２２（ｂ）のＡ−Ｂ線についての断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
６１，１０１，２０１，３０１，５０１  マウント、６１ａ，１０１ａ，２０１ｂ  円周面、１０１ｂ  マウント面、１０２  サブマウント、１０３  レーザ素子、１０６  ガラス材料、１１２  信号供給用リード端子、１１３  ステムボディー、１１３ａ  ガイド、１１３ｂ  台座、１１４，４１４  接地（グランド）用リード端子、１１５  信号ライン、１１６  グランドライン、１１７  給電基板、２０１  対向接地電極部、２０１ａ  平坦面、２１１  扁平部、３０１  誘電体板、Ａ，Ｃ，Ｄ  伝送線路、Ｂ  接続部分。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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