(57)【要約】【課題】繰り返し環境温度変化が生じても気密性が保たれ、レンズを装着でき、組み立ての容易な光半導体気密封止容器を提供する。【解決手段】本発明の光半導体気密封止容器は、筒状体の高さをＬ２、光透過窓の厚み又はレンズの厚みの半分をＬ１としたとき、Ｌ２／Ｌ１≧４を満たす筒状体及び光透過窓又はレンズからなるキャップを備える。この関係を満たすことにより、キャップを溶接したときの残留応力が小さく、温度変化が繰り返されたときにも溶接部に亀裂を生じることがなく、気密性が保たれる。また、本発明の光半導体気密封止容器を製造するには、光透過窓又はレンズを筒状体にガラスロウ付けしてキャップを構成し、該キャップを電気溶接する。このことにより、レンズも装着でき、組み立て時に位置合わせが不要となる。【選択図】　図１
2004079963.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過型の光半導体気密封止容器であって、筒状体の高さをＬ２、光透過窓の厚み又はレンズの厚みの半分をＬ１としたとき、Ｌ２／Ｌ１≧４を満たす筒状体及び光透過窓又は筒状体及びレンズからなるキャップを備えることを特徴とする光半導体気密封止容器。
【請求項２】
上記筒状体の内側にアイソレータを備える請求項１に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光半導体気密封止容器の製造方法であって、上記光透過窓又はレンズを上記筒状体にガラスロウ付けしてキャップを構成し、該キャップを容器のくぼみ部を設けた側壁に溶接することを特徴とする光半導体気密封止容器の製造方法。
【請求項４】
上記筒状体の内側にあらかじめアイソレータをＹＡＧ溶接又は樹脂接合する請求項３に記載の光半導体気密封止容器の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の気密封止容器を用いた光半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子を内部に収容するための光半導体気密封止容器、その製造方法、及び、その光半導体気密封止容器を使用した光半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信の分野においては、一般に様々な半導体素子が用いられているが、個々の応用で必要とされる特性や性能を実現するため、それら半導体素子の実装技術の開発は重要である。情報通信の高速化や情報量の増大に伴って、光通信の担う役割は大きくなっている。光通信に用いられる光半導体素子も、通常、素子を外部環境から保護すると共に電気的接続を確実にするため、その素子にふさわしい封止容器に封入されて光半導体モジュールとして用いられている。光通信においては、信号伝達の高信頼性を確保するために、特に光半導体モジュールの気密性が重視されている。
【０００３】
ところで、光半導体モジュールは、容器内部の光半導体素子と外部の光ファイバーとを光学的に結合する必要がある。そこで、容器の気密性を確保したままその光学的結合を実現するために、通常は光半導体気密封止容器に光透過型の窓構造を採用している。
【０００４】
このような光透過型の窓構造としては、一般的に、レンズ又は光透過窓を筒状体に接合した、レンズ付きキャップ又は光透過窓付きキャップを、光半導体気密封止容器の側壁に溶接して組み立てられる。特開平８−２４１９３３号公報には、ホウケイ酸ガラスの窓材及び窓材と容器の窓材取り付け部の間に挿入される金属枠部材を備える半導体用パッケージが開示されている。さらに、特開平１１−５４６４２号公報には、中央に円形の光透過部を残して周囲がメタライズされた正六角形のホウケイ酸ガラス板を窓材とした光半導体気密封止容器が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、レンズ又はガラス付きキャップを容器に溶接する際に正確な位置合わせが必要であり、この製造時の位置合わせが困難であった。その上、温度変化が繰り返し起こる環境では溶接部や窓材と筒状体の間のガラスシール部に亀裂が入り、気密が保てなくなるという問題があった。また、アイソレータを備える光半導体気密封止容器の場合には、アイソレータがある程度の容積を占めるため、全体として小型化できないという難点がある。
【０００６】
上記の特開平１１−５４６４２号公報に記載の窓構造では、位置合わせや気密性の問題は解消されるものの、一括のプレス加工はまだ技術的に困難であるため、金や金スズを用いて一個ずつメタライズしなくてはならない。そのために高コストであり、十分な強度を得られない場合があったほか、メタライズそのものも技術的に困難な点があった。加えて、レンズにこの構造を応用することはできないため、この気密封止容器の応用範囲は限られていた。
【０００７】
したがって、本発明の第１の目的は、温度変化が繰り返し生じた場合にも十分な耐久性があり、かつ、レンズを装着できる光半導体気密封止容器を提供することである。さらに、本発明の第２の目的は、アイソレータを備えていても小型化が可能な光半導体気密封止容器を提供することである。本発明の第３の目的は、組み立て時の位置合わせが容易である、すなわち側壁の決められた場所に窓を設けることができる、上記の半導体気密封止容器を低コストで製造する方法を提供することである。さらに本発明の第４の目的は、その光半導体気密封止容器を使用した、信頼性が高く、十分な耐久性のある光半導体モジュールを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意検討の結果、筒状体の形状や窓材又はレンズの形状の組み合わせを工夫することで、本発明の光半導体気密封止容器を完成し、上記の目的を達成した。すなわち、本発明は以下の（１）〜（５）である。
【０００９】
（１）　光透過型の光半導体気密封止容器であって、筒状体の高さをＬ２、光透過窓の厚み又はレンズの厚みの半分をＬ１としたとき、Ｌ２／Ｌ１≧４を満たす筒状体及び光透過窓又は筒状体及びレンズからなるキャップを備えることを特徴とする光半導体気密封止容器。
【００１０】
（２）　上記筒状体の内側にアイソレータを備える（１）に記載の光半導体気密封止容器。
【００１１】
（３）　（１）又は（２）に記載の光半導体気密封止容器の製造方法であって、上記光透過窓又はレンズを上記筒状体にガラスロウ付けしてキャップを構成し、該キャップを容器のくぼみ部を設けた側壁に溶接することを特徴とする光半導体気密封止容器の製造方法。
【００１２】
（４）　上記筒状体の内側にあらかじめアイソレータをＹＡＧ溶接又は樹脂接合する（３）に記載の光半導体気密封止容器の製造方法。
【００１３】
（５）　（１）又は（２）に記載の気密封止容器を用いた光半導体モジュール。
【００１４】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明において、Ｌ１は光透過窓の場合にはその厚みを指し、レンズの場合にはその厚みの半分を指す。一方、Ｌ２は、キャップを構成する筒状体の高さを指す。筒状体に光透過窓を取り付ける場合には、光の直接の反射が戻ることを防ぐため、入射する光の進行方向に対して垂直ではなく、ある程度の角度をつけて光透過窓が筒状体に取り付けられるのが一般的である。このときは、図１に示すようにＬ２は窓の接合ロウ材（ガラスシール）から筒状体の基部までの最短長を指すものとする。また、レンズを取り付ける場合には、図２に示すように、Ｌ２は筒状体の内側の端点から基部までの長さを指すものとする。通常、筒状体基部には接合の便利のため折り返しが形成されるが、Ｌ２にはこの折り返し部分の厚みは含めない。
【００１５】
本発明者らの研究により、Ｌ１とＬ２の間に　Ｌ２／Ｌ１≧４　の関係が成り立っていると、筒状体を気密封止容器側壁に溶接したときに発生する残留応力が緩和されることが分かった。ちょうど上記の関係が成り立っているときに、溶接の際に筒状体がばねの働きをして効果的に応力が緩和できるためである。従来は、残留応力によって温度変化の激しい環境下では溶接部やガラスシール部等で容器に亀裂が入り、気密性が保持できないことがあるために、気密封止容器の耐久性が十分ではなかった。これに対し、本発明の光半導体気密封止容器はこの問題点を解決し、実際に、−６５℃〜１５０℃のＭＩＬ−ＳＴＤに準拠した熱サイクル試験を実施すると、５０００サイクル以上もの間気密性が保たれることが確認された。一方で、Ｌ２／Ｌ１＜４　の場合には、同様の熱サイクル試験において途中で気密性が破られる結果になった。
【００１６】
また、本発明の光半導体気密封止容器は、筒状体の内側にアイソレータを入れて構成することができる。このようにアイソレータをキャップ内部に取り付けてしまうことにより、容器自体を小型化することができる。
【００１７】
さらに、本発明の製造方法によれば、Ｌ２／Ｌ１≧４を満たす筒状体及び光透過窓又はレンズからなるキャップをガラスロウ付けして構成し、さらに、筒状体を半田接合ではなく溶接、好ましくは電気溶接により容器の側壁に組み付けることができる。そのため、上記のような筒状体の働きによって残留応力が低減できるだけではなく、製造時に加熱する必要がなくなり、容器の接合部には熱による残留応力も発生しなくなる。したがって、気密封止容器の耐久性をより向上させることができ、繰り返しの温度変化に対しても亀裂が生じにくい。キャップは、窓材にメタライズを施し、ＡｕＧｅ等で接合して形成することも可能であるが、窓材をガラスロウ付けすることで、安価に製造でき、かつ、気密性向上の効果が高くなる。同様に、筒状体を容器側壁に接合するにはＡｕＳｎ等で接合することも可能であるが、同じ理由から電気溶接が好ましい。
【００１８】
また、筒状体の外側に掘り込みを入れる等して工夫すると、電気溶接の際にキャップの精密な位置合わせが不要になる。例えば図４に示すように、あらかじめ気密封止容器のパイプ１４の内側にくぼみ部１８を設けておくこともでき、筒状体１６を気密封止容器のパイプ１４に接合するときに、このくぼみ部１８にはめ込むようにすると、筒状体１６を容易に固定できる。このことによって、製造工程が簡単になり、精度よく容器を製造でき、加えて製造時間やコストが削減できる。
【００１９】
上記のような光半導体気密封止容器は、用途に応じた光半導体を収納して全体を封止し、光半導体モジュールとして用いる。本発明の気密封止容器はどのような光半導体モジュールにも応用できるが、特にバタフライ型のＬＤモジュールに用いるのに好適である。これまで、このようなＬＤモジュールは光透過窓に働く応力が複雑なため、十分な信頼性を有するものがなかなか得られなかったが、本発明の光半導体気密封止容器はこれに対応できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の光半導体モジュールを図面を用いて具体的に説明する。
図１は、本発明の光半導体気密封止容器のうち、光透過窓を筒状体に取り付けたキャップ部分を示した部分断面図である。光透過窓１は入射光の進行方向に対して斜めに筒状体２に、ガラスロウ３を用いて取り付けられる。このとき、光透過窓１の厚みＬ１と、接合ロウ材から筒状体の基部までの最短長Ｌ２の間には　Ｌ２／Ｌ１≧４　の関係がある。
【００２１】
図２は、本発明の光半導体気密封止容器の別の例の部分断面図であり、球状のレンズを筒状体に取り付けたキャップ部分を示している。レンズ４は筒状体５にガラスロウ６を用いて取り付けられる。図２のキャップは、さらにキャップ内部にアイソレータ７を備えており、アイソレータ７は図２においては樹脂８によって接合されている。樹脂接合のほか、アイソレータはＹＡＧ溶接によってキャップに固定してもよい。
【００２２】
本発明の光半導体気密封止容器を構成するための筒状体としては、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ）や４−２アロイが好ましい。筒状体の厚みは０．１〜０．２ｍｍ程度が好ましい。
【００２３】
また、光透過窓は、ホウケイ酸ガラス、透光性スピネル、サファイア等既知の材質のいずれを用いてもよいが、コストや入手し易さの点からホウケイ酸ガラスが好ましく用いられる。ガラス窓は両面にＡＲコートが施されているものが望ましく、ＡＲコートとしてはＴｉＯ２／ＳｉＯ２がよい。窓の厚み（Ｌ１）は０．３〜０．５ｍｍが好ましく、入射光に対して垂直な面から６〜１２°の角度をつけて筒状体に取り付けることが望ましい。
【００２４】
また、レンズは、用途に応じて球面レンズ、半球面レンズ、非球面レンズいずれを用いてもよい。レンズの材質も光透過窓同様にホウケイ酸ガラス、透光性スピネル、サファイア等既知の材質のいずれを用いてもよいが、コストや入手し易さの点からホウケイ酸ガラスが好ましく用いられる。レンズの厚みの半分（Ｌ１）は０．５ｍｍ程度が望ましい。
【００２５】
キャップ部分以外の光半導体気密封止容器は、従来の構造及び材料のものを用いて構成する。一般的に容器本体は、アルミナ、コバール、ＡｌＮ、ＣｕＷ等を銀ロウ付けして形成する。キャップを取り付ける際には、通常図３に示すようにキャップを取り付ける容器の側壁１１に穴を設け、その内側にコバール、４−２アロイ等で形成したパイプ９を取り付け、そのパイプ９の内側に、光透過窓又はレンズ（図示せず）を取り付けたキャップ１０を電気溶接するのが便利である。アイソレータを備える場合には、アイソレータ１２はあらかじめキャップ１０の内部に固定され、容器の側壁１１にキャップ１０と共に取り付けられる。
【００２６】
図４は、容器側壁にレンズを備えるキャップを取り付けた状態の断面図である。容器の側壁１３の内側には、パイプ１４が取り付けられている。このパイプ１４の内側に、レンズ１７を固定した筒状体１６が電気溶接部１５によって固定されている。なお、図４では各部品の構成を分かりやすくするために、部品同士の間に空間があるように描いてあるが、実際には各部品は隙間なく接合され、容器内部の気密性が保たれるようになっている。図３及び図４において、パイプ９、１４及び気密封止容器の側壁１１、１３は、同一の材料からなっている。材料としては、両方ともコバールが一般的である。このパイプ９、１４と、側壁１１、１３は、銀ロウを用いて溶接されている。また、図示していないが、パイプ９、１４には、通常光ファイバを接続するためのフェルールを溶接する。このため、パイプ９、１４の一部には、キャップを入れるための溝を設けることが好ましい。
【００２７】
実施例
実施例として、図１に示した光透過窓を備えるキャップ、及び、図２に示した球形レンズを備えるキャップを製造し、それぞれを図３及び図４に示すように気密封止容器に組み付けた（ただし、アイソレータはなしとした）。このとき、光透過窓及びレンズは筒状体にガラスロウ付けし、キャップは容器側壁のパイプに電気溶接した。光透過窓及びレンズは、Ｌ２／Ｌ１の値が下記の表１に示すように６、５、４のものを用いて、気密封止容器を製造した。この気密封止容器について、−６５℃及び１５０℃の環境下で、ＭＩＬ−ＳＴＤに準拠した熱サイクル試験を５００サイクルに亘って実施した。熱サイクル試験の結果は、同じ表１に示す。表１中、○は熱サイクル試験終了まで気密性が保たれたことを示し、×は試験の途中で気密性が破られたことを示している。表１から明らかなように、本発明の気密封止容器はいずれも優れた気密性を示した。
【００２８】
比較例
Ｌ２／Ｌ１の値が、下記表１に示した値となるような光透過窓及びレンズを用いた以外は、実施例と同様にして気密封止容器を製造した。実施例と同様の熱サイクル試験を行ったところ、表１に結果を示すように、Ｌ２／Ｌ１が４未満ではいずれも気密性を保つことができなかった。
【００２９】
【表１】
2004079963.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
本発明の光半導体気密封止容器は、環境温度が繰り返し大きく変化しても、容器に亀裂などを生じることがなく、優れた耐久性を有する。また、本発明の気密封止容器は、従来は難しかったレンズを装着して好適に用いることができる。さらに、本発明の気密封止容器はアイソレータをキャップ内部に備えることができ、小型化が可能である。また、本発明の製造方法によれば、これまで必要であった位置合わせの困難な作業が必要なくなり、そのような光半導体気密封止容器を容易にかつ低コストで製造することができる。また、本発明の光半導体気密封止容器は、特に、汎用性のあるバタフライ型ＬＤモジュールとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体気密封止容器の光透過窓を備えるキャップの例の断面図である。
【図２】本発明の光半導体気密封止容器のレンズを備えるキャップの例の断面図である。
【図３】本発明の光半導体気密封止容器の組み立てを説明するための図である。
【図４】本発明の光半導体気密封止容器のキャップ取り付け部分の部分断面図である。
【符号の説明】
１　光透過窓
２、５、１６　筒状体
３、６　ガラスロウ
４、１７　レンズ
７、１２　アイソレータ
８　樹脂
９、１４　パイプ
１０　キャップ
１１、１３　気密封止容器側壁
１５　溶接部
１８　くぼみ部
【図１】
2004079963.tif 000004
【図２】
2004079963.tif 000005
【図３】
2004079963.tif 000006
【図４】
2004079963.tif 000007