(57)【要約】【課題】内部に収容するＩＣ等の部品を増加させ、光半導体装置を集積化および多機能化させるとともに、高周波伝送特性および光伝送特性を向上させること。【解決手段】光半導体装置は、貫通穴１ａが形成された平板状の金属製の基体１と、基体１の上側主面に下端が接合された金属製の蓋体３と、蓋体３に接合された透光性部材４と、基体１の下側主面に接合された入出力端子５と、入出力端子５の上面に載置された光半導体素子２とを具備しており、入出力端子５は、直方体状の誘電体の上面の光半導体素子２の周囲に電極パッド５ｃが形成されているとともに下面と一側面との間に段差５ａが形成され、段差５ａの側面５ｅに内部配線５ｄを介して電極パッド５ｃと電気的に接続された配線導体５ｂが形成されている。【選択図】  図１
2004274003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状とされ、前記基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、前記貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、前記貫通穴の前記基体の下側主面側の開口の周囲に上面の外周部が接合された入出力端子と、該入出力端子の上面の中央部に載置された光半導体素子とを具備しており、前記入出力端子は、直方体状の誘電体の上面の前記光半導体素子の周囲に電極パッドが形成されているとともに下面と一側面との間に段差が形成され、該段差の側面に内部配線を介して前記電極パッドと電気的に接続された配線導体が形成されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記入出力端子は、上面と前記段差の天井面との間の距離が０．５乃至３ｍｍとされていることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記入出力端子は、前記段差の側面にその上端から下端にかけて溝が形成されているとともに該溝の内面に前記配線導体が形成されており、リード端子が前記溝に嵌着されるとともに前記配線導体にロウ付けされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光半導体装置。
【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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信等の分野において高い周波数で作動する半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を気密封止して収納した光半導体装置の例を図７に示す。同図において、２１は基体、２２は光半導体素子、２３は金属製の蓋体、２４は透光性部材、２６は光ファイバである。
【０００３】
基体２１は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属から成り、その上側主面の略中央部には、光半導体素子２２が、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス等のセラミックスから成る直方体状の基台２８を介して基体２１の上側主面に搭載固定される。また、基体２１には、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなる外部接続用ピン２５を挿通させるために上下主面間を貫通する貫通穴２１ａが形成されており、貫通穴２１ａに光半導体装置内外を導通する端子としての外部接続用ピン２５を挿通させるとともに、外部接続用ピン２５と貫通穴２１ａとの隙間にガラス等の誘電体から成る接合材を充填し、基体２１と外部接続用ピン２５とを気密に接合する。これにより、外部接続用ピン２５が光半導体装置内外を導通する端子として機能する。
【０００４】
なお、基台２８に搭載された光半導体素子２２は、その電極が外部接続用ピン２５の光半導体素子２２側の先端とボンディングワイヤ２９等を介して電気的に接続されている。
【０００５】
また、基体２１の上側主面の外周部に接合され、上端が閉じられ下端が開かれた筒状であり上端面２３ａの略中央部に貫通孔２３ｂが形成されており、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体２３が設けられる。蓋体２３の下端２３ｃは、例えば図７のような鍔状となっており、これにより基体２１と蓋体２３との接合面積が大きくなり、基体２１と蓋体２３とで構成される容器内部の気密信頼性が向上する。
【０００６】
さらに、貫通孔２３ｂを塞ぐように、貫通孔２３ｂの上端面２３ａ側開口の周囲に透光性部材２４が接合される。透光性部材２４はガラスやサファイア等から成る円板状，レンズ状，球状または半球状等のものであり、ガラスによる接合や半田付け等により蓋体２３に気密に接合される。
【０００７】
このような基体２１、蓋体２３および透光性部材２４から主に構成される容器内部に光半導体素子２２を収容し気密に封止する。
【０００８】
最後に、光ファイバ２６固定用の筒状の金属製の固定部材２７が、蓋体２３の外周面に溶接され、光ファイバ２６が固定部材２７の上面の貫通孔に外部から挿通固定されて透光性部材２４の上方に固定され、外部接続用ピン２５の外側の先端部が外部電気回路（図示せず）に電気的に接続されることによって、光半導体装置となる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００９】
この光半導体装置は、外部電気回路から供給される電気信号によって光半導体素子２２にレーザ光等の光を励起させ、この光を透光性部材２４、光ファイバ２６の順に透過させ、光ファイバ２６を介して外部に伝送させることによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。この場合、光半導体素子２２から光信号が正常に発光しているか確認するためのモニタ用ＰＤ（図示せず）が搭載されていてもよい。または、外部から光ファイバ２６を介して伝送してくる光信号を、透光性部材２４を透過させ光半導体素子２２に受光させて、光信号を電気信号に変換することによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１８３３６９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体装置において、外部接続用ピン２５が基体２１の貫通穴２１ａに挿通されガラス等を介して気密に接合される構成であるため、外部接続用ピン２５の直径寸法の最小加工限界、貫通穴２１ａの穴寸法、隣接する貫通穴２１ａ間の間隔の最小加工限界等の制約があり、そのため、外部接続用ピン２５を挿入する位置が制約され、光半導体素子２２と外部接続用ピン２５とを接続するためのボンディングワイヤ２９が長くなる場合があり、ボンディングワイヤ２９ではインピーダンスを整合できないことから高周波信号の伝送損失が大きくなるという問題点があった。その結果、ボンディングワイヤ２９で高周波信号を効率よく伝送できない場合があった。
【００１２】
また、基体２１に外部接続用ピン２５を１本挿入するために大きな面積が必要とされ、基体２１に取り付けられる外部接続用ピン２５の本数が数本に限られるという問題点があった。
【００１３】
さらに、光半導体装置内にはＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子２２やモニタ用ＰＤのみが収容され、光半導体素子２２を駆動するためのドライバＩＣは別の半導体素子収納用パッケージ内に収納され、外部電気回路を介してドライバＩＣと光半導体装置とを電気的に接続する必要があり、光半導体素子２２を駆動させるための装置全体が大型化するという問題点もあった。
【００１４】
また、外部接続用ピン２５をガラス等の接合材を介して基体２１に接合しただけの端子構造であるため、外部接続用ピン２５に外部から応力が加わった場合に接合材にクラック等の破損が生じ、光半導体装置内部の気密が損なわれるという問題点があった。
【００１５】
さらに、外部接続用ピン２５の貫通穴２１ａに挿入されていない部位を特性インピーダンスに整合させた信号線路とするのが困難であり、外部接続用ピン２５を伝送する高周波信号が外部接続用ピン２５で反射等して伝送損失が生じ、高周波信号を効率よく伝送できなくなるという問題点もあった。特に、２ＧＨｚ以上の高周波になると伝送効率が著しく劣化し易くなっていた。
【００１６】
さらにまた、２ＧＨｚ以上の高周波領域では、光半導体素子２２の動作中に発生する熱量が大きくなって熱が外部接続用ピン２５に伝わり、外部接続用ピン２５の熱膨張による寸法変化のために接合材２１ａや基体２１に歪みが生じ、その結果、光半導体素子２２と光ファイバ２６との光軸がずれて光伝送効率が低下してしまうという問題点もあった。
【００１７】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、光半導体素子と外部接続用ピンとを接続するためのボンディングワイヤを短線化して高周波信号の伝送特性を向上させるとともに、光半導体装置に取り付けられる端子数を増やして内部に収容する集積回路素子（ＩＣ）等の部品を増加させて光半導体装置を集積化および多機能化させることである。また、内部の気密信頼性を向上させるとともに、外部接続用ピンで高周波信号が反射等するのを防いで高周波信号の伝送効率を向上させ、また、光半導体素子と光ファイバとの光軸のずれを抑制して光伝送効率の優れたものとし、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る高性能のものとすることにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状とされ、前記基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、前記貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、前記貫通穴の前記基体の下側主面側の開口の周囲に上面の外周部が接合された入出力端子と、該入出力端子の上面の中央部に載置された光半導体素子とを具備しており、前記入出力端子は、直方体状の誘電体の上面の前記光半導体素子の周囲に電極パッドが形成されているとともに下面と一側面との間に段差が形成され、該段差の側面に内部配線を介して前記電極パッドと電気的に接続された配線導体が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明は、入出力端子は、直方体状の誘電体の上面の光半導体素子の周囲に電極パッドが形成されているとともに下面と一側面との間に段差が形成され、この段差の側面に内部配線を介して電極パッドと電気的に接続された配線導体が形成されていることから、入出力端子の上面、側面および内部に微細な間隔をもって電極パッド、配線導体および内部配線等を多数形成することができ、その結果、光半導体素子やモニタ用ＰＤだけでなく、光半導体素子を駆動するためのドライバＩＣ等を入出力端子の表面に設けることができ、信号入出力および光半導体素子の駆動や制御をこの入出力端子で行なうことができる。従って、外部電気回路に設けられていたドライバＩＣ等を光半導体装置の内部や入出力端子の外側に実装し集積化することができることから、光半導体素子を駆動させるための装置全体を小型化できる。
【００２０】
また、光半導体素子を入出力端子の上面に直接載置固定することにより、入出力端子上面の電極パッドを光半導体素子の近傍に形成できることから、電極パッドと光半導体素子とをきわめて短線化されたボンディングワイヤにより電気的に接続でき、ボンディングワイヤでの高周波信号の伝送損失を最小限に抑えることができる。
【００２１】
さらに、基体の貫通穴を覆って基体の下側主面に接合された入出力端子を有していることによって、従来のガラス接合された外部接続用ピンに比較して、外部接続用ピンの接合部にクラック等の破損が生じて光半導体装置内部の気密が破れるのを有効に防止できる。従って、外部接続用ピンをガラス等の接合材を介して基体の貫通孔に接合した従来の構造に比べ気密信頼性が大幅に向上する。また外部接続用ピンを介すことなく、入出力端子を段差の部位で外部電気回路基板に接続できるため、高周波信号が反射等して伝送損失が生じるのを抑制し、高周波信号の伝送効率を大幅に改善できる。
【００２２】
また、入出力端子の段差を外部電気回路基板の端部にかみ合わせて、配線導体を外部電気回路に電気的に接続することにより、配線導体を外部電気回路基板の所望の電極等に正確に位置を合わせて接続して特性インピーダンスの整合性をよくし、高周波信号の伝送効率が優れたものとすることができる。
【００２３】
本発明の光半導体装置において、好ましくは、前記入出力端子は上面と前記段差の天井面との間の距離が０．５乃至３ｍｍとされていることを特徴とする。
【００２４】
本発明の光半導体装置は、入出力端子の上面と段差の天井面との間の距離が０．５乃至３ｍｍとされていることにより、光半導体素子の動作中に発生した熱が内部配線や入出力端子に伝わったとしても、入出力端子における段差の天井面から上部の体積が大きくなり、また、内部配線と誘電体との接触面積が大きくなるので熱を有効に内部配線の周囲や入出力端子の下方へ拡散して放熱することができる。そのため、基体と入出力端子との熱膨張差による応力によって基体と入出力端子との接合部で入出力端子がクラック等により破損するのを抑制して、光半導体装置内部の気密を破れ難くすることができるとともに、内部配線の熱膨張による寸法変化を小さくして入出力端子に歪みを生じ難くし、光半導体素子と光ファイバとの光軸ずれを有効に抑制して光伝送効率の優れたものとすることができる。また、本発明の光半導体装置を外部電気回路基板に導電性接着材や半田等を介して接続する際、加熱工程で内部配線に伝わった熱を有効に放熱することにより、入出力端子に歪みを生じ難くするとともに光半導体素子に熱が伝達して光半導体素子の特性が変化するのを防止することもできる。
【００２５】
また本発明の光半導体装置において、好ましくは、前記入出力端子は、前記段差の側面にその上端から下端にかけて溝が形成されているとともに該溝の内面に前記配線導体が形成されており、リード端子が前記溝に嵌着されるとともに前記配線導体にロウ付けされていることを特徴とする。
【００２６】
本発明の光半導体装置は、好ましくは入出力端子は、段差の側面にその上端から下端にかけて溝が形成されているとともに溝の内面に配線導体が形成されており、リード端子が溝に嵌着されるとともに配線導体にロウ付けされていることにより、リード端子は入出力端子の所定の位置に正確接合されているため、リード端子を外部電気回路基板の電極にロウ付けする際に、配線導体を外部電気回路基板の所望の電極に正確に位置合わせして接続することができる。
【００２７】
また、リード端子を溝に嵌着して配線導体にロウ付けする際に、リード端子の配線導体と反対側の露出した面を段差の側面と面一にすることができるとともに、ほぼ同じ平面上でリード端子を介して入出力端子の配線導体と外部電気回路基板の電極とを接続できる。その結果、配線導体から外部電気回路基板の電極までを段差なく電気的に接続できることから、配線導体と外部電気回路基板の電極との間の信号経路のインピーダンスを正確に整合させることができる。
【００２８】
これらの結果、入出力端子の配線導体と外部電気回路基板の電極との間をリード端子を介して伝送する高周波信号に反射損失等の伝送損失が発生するのを有効に防止し、高周波信号の伝送効率が優れたものとすることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明の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について実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は光半導体素子、３は蓋体、４は透光性部材、５は入出力端子、６は光ファイバ、７は固定部材である。
【００３０】
本発明の光半導体装置は、上下主面間を貫通する貫通穴１ａが形成された平板状の金属製の基体１と、上端面３ａの略中央部に貫通孔３ｂが形成されているとともに下端３ｃが開かれた筒状とされ、基体１の上側主面の外周部に下端３ｃが接合された金属製の蓋体３と、貫通孔３ｂの開口の周囲に接合された透光性部材４と、貫通穴１ａの基体１の下側主面側の開口の周囲に接合された入出力端子５と、入出力端子５の上面の中央部に載置された光半導体素子２とを具備しており、入出力端子５は、直方体状の誘電体の上面の光半導体素子２の周囲に電極パッド５ｃが形成されているとともに下面と一側面との間に段差５ａが形成され、段差５ａの側面５ｅに内部配線５ｄを介して電極パッド５ｃと電気的に接続された配線導体５ｂが形成されている構成である。
【００３１】
本発明の基体１は、略円板状、略長方形等の平板状であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、そ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法を施すことによって所定形状に製作される。この基体１には、基体１の上下主面間を貫通する貫通穴１ａが設けられている。この貫通穴１ａの基体１の下側主面側開口の周囲には、入出力端子５の上面の外周部に設けられた導体層５ｃ−１が、銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材によって接合されることにより、貫通穴１ａを覆うようにして入出力端子５が気密に接合される。
【００３２】
本発明の入出力端子５は以下のようにして作製される。例えば、Ａｌ２Ｏ３質焼結体（セラミックス）から成る場合、先ず酸化アルミニウム、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートを得る。次に、このセラミックグリーンシートに、Ｗやモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、配線導体５ｂ、電極パッド５ｃ、導体層５ｃ−１および内部配線５ｄとなるメタライズ層を所定パターンに形成する。また、一部のセラミックグリーンシートに対して、金型等によって打ち抜き加工を施して形状加工を行なうことによって、セラミックグリーンシートの積層体の所望の位置に段差５ａが形成されるようにする。その後、これらのセラミックグリーンシートを複数枚積層した積層体を還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３３】
また、入出力端子５は、電極パッド５ｃ、導体層５ｃ−１を形成せずに焼成し、焼成後に入出力端子５の上面となる面をスライス切断加工あるいは研磨加工した後、そのスライス切断面あるいは研磨面にＷやＭｏ等を主成分とする金属ペーストをスクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、これを還元雰囲気中、約１３００℃の温度で焼成することにより製作してもよい。このように、入出力端子５の上面を平坦にし、発光面または受光面を傾けることなく光半導体素子２を安定に載置することができる。
【００３４】
なお、内部配線５ｄは、図２に示すように配線導体５ｄ−１と貫通導体５ｄ−２とから構成されていてもよい。この構成により、電極パッド５ｃの位置の自由度がより向上するため光半導体素子２および電極パッド５ｃをより高密度に配置することができ、その結果、光半導体装置をより小型化することができる。
【００３５】
また、高周波伝送特性をよくするという観点から、図３（ａ）に示すように電極パッド５ｃの近傍まで接近させた導体層５ｃ−１を設けたり、図３（ｂ）に示すように直線状の配線導体５ｂの両側に略等間隔をもって同一面接地導体層５ｂ−１を設けたコプレーナ線路構造とすることにより、電極パッド５ｃおよび配線導体５ｂを接地強化することが好ましい。これらの構成により、電極パッド５ｃや配線導体５ｂに入出力する高周波信号に反射損失等の伝送損失が発生するのをより有効に防止でき、その結果、１０ＧＨｚ以上の高周波帯域においても、入出力端子５において高周波信号を効率よく入出力させることができる。
【００３６】
さらに、配線導体５ｂを外部電気回路基板１０上に形成した配線導体１０ａに導電性接着材９や半田等を介して電気的に接続して固定した場合に、その接続強度を十分なものとし、かつ配線導体５ｂを伝送する高周波信号に伝送損失が生じるのを抑制して高周波信号の伝送効率を優れたものとする観点から、図２に示す段差５ａの上下方向の長さＬおよび横方向の深さＷを、それぞれ２．５ｍｍ≦Ｌ≦５ｍｍ、０．４ｍｍ≦Ｗ≦２ｍｍとするのがよい。
【００３７】
Ｌ＜２．５ｍｍの場合、入出力端子５の段差５ａと外部電気回路基板１０との当接する面の面積が小さくなり、外部電気回路基板１０に対して入出力端子５が傾いて当接され易くなり、配線導体１０ａと配線導体５ｂとの接続不良が生じやすくなる。また、Ｌ＞５ｍｍの場合、入出力端子５の大きさが大きくなり、配線導体５ｂを伝送する高周波信号の誘電体損失が大きくなり易くなるとともに光半導体装置が大型化し易くなる。
【００３８】
さらに、Ｗ＜０．４ｍｍの場合、段差５ａの天井面５ｆの面積が小さくなり、外部電気回路基板１０の端部を段差５ａの天井面５ｆに固定し難くなって外部電気回路基板１０上の配線導体１０ａに配線導体５ｂを精度よく位置合わせするのが困難となり、インピーダンスを整合するのが難しくなる。また、Ｗ＞２ｍｍの場合、入出力端子５の大きさが大きくなって、配線導体５ｂを伝送する高周波信号の誘電体損失が大きくなり易くなるとともに光半導体装置が大型化し易くなる。
【００３９】
また、段差５ａの側面５ｅと天井面５ｆとのなす角度θは、外部電気回路基板１０を精度よく位置合わせするという観点から、７０〜１１０°とするのがよい。θ＜  ７０°の場合、天井面５ｆが割れや欠けを生じ易くなり、外部電気回路基板１０を接続する際に位置がずれ易くなる。また、θ＞１１０°の場合、外部電気回路基板１０が傾き易くなり接続不良を生じやすくなる。
【００４０】
好ましくは、外部電気回路基板１０を接続する際に、外部電気回路基板１０の側面と天井面５ｆとの間に形成された隙間に導電性接着材９が流れ込むようにして外部電気回路基板１０の側面に導電性接着材９の溜まり形成することにより接続強度をより向上させるという観点から、６０〜８５°の鋭角とするのがよい。θが６０°より小さいと、外部電気回路基板１０の側面と天井面５ｆとの間に形成された隙間が大きくなって導電性接着材９がその隙間を完全に充填できずに空洞となる。また、θが８５°より大きいと、導電性接着材の溜まりが小さくなって接続強度は小さくなる。なお、同じ目的のために上記角度θを約９０°として、外部電気回路基板１０の端面を入出力端子５側に向かって下方に傾斜した傾斜面としてもよい。その場合、傾斜角度は６０〜８５°とするのがよい。
【００４１】
また、本発明において、入出力端子５の上面と段差５ａの天井面５ｆとの距離を０．５乃至３ｍｍとすることが好ましい。この構成により、光半導体素子２の動作中に発生した熱が内部配線５ｄや入出力端子５に伝わったとしても、入出力端子５における段差５ａの天井面５ｆから上部の体積が大きくなり、また、内部配線５ｄと誘電体との接触面積が大きいので熱を有効に内部配線５ｄの周囲や入出力端子５の下方へ拡散して放熱することができる。そのため、基体１と入出力端子５との熱膨張差による応力によって基体１と入出力端子５との接合部で入出力端子５がクラック等により破損するのを抑制して、光半導体装置内部の気密を破れ難くすることができるとともに、内部配線５ｄの熱膨張による寸法変化を小さくして入出力端子５に歪みを生じ難くし、光半導体素子２と光ファイバ６との光軸ずれを有効に抑制して光伝送効率の優れたものとすることができる。また、本発明の光半導体装置を外部電気回路基板１０に導電性接着材９や半田等を介して接続する際、加熱工程で内部配線５ｄに伝わった熱を有効に放熱することにより、入出力端子５に歪みを生じ難くするとともに光半導体素子２に熱が伝達して光半導体素子２の特性が変化するのを防止することができる。
【００４２】
入出力端子５の上面と段差５ａの天井面５ｆとの距離が、０．５ｍｍ未満であると、内部配線５ｄや入出力端子５に伝わった熱を内部配線５ｄの周囲や入出力端子５の下方へ有効に拡散させることが困難となるため、基体１と入出力端子５との熱膨張差による応力によって基体１と入出力端子５との接合部で入出力端子５がクラック等により破損し、光半導体装置内部の気密が破れ易くなるとともに、内部配線５ｄの熱膨張による寸法変化が大きくなって入出力端子５に歪みを生じて、光半導体素子２と光ファイバ６との光軸がずれて光伝送効率が低下し易くなる。また、本発明の光半導体装置を外部電気回路基板１０に導電性接着材９や半田等を介して接続する際、加熱工程で内部配線５ｄに伝わった熱を有効に放熱させることが困難となるため、入出力端子５に歪みが生じ易くなるとともに光半導体素子２に熱が伝達して光半導体素子２の特性が変化し易くなる。
【００４３】
また、３ｍｍを超えると、内部配線５ｄの長さが長くなって伝送損失が大きくなり易くなるとともに光半導体装置が大型化し易くなり近時の光半導体装置の小型化傾向に反することとなる。
【００４４】
また本発明において好ましくは、入出力端子５は、図６に示すように、段差５ａの側面５ｅにその上端から下端にかけて溝５ｇが形成されているとともに溝５ｇの内面に配線導体５ｂが形成されており、リード端子１５が溝５ｇに嵌着されるとともに配線導体５ｂにロウ付けされているのがよい。これにより、リード端子１５が入出力端子５に正確に位置合わせされて接合されることから、リード端子１５を外部電気回路基板の電極にロウ付け等により電気的に接続する際に、配線導体５ｂを外部電気回路基板の所望の電極に正確に位置を合わせして接続することができる。
【００４５】
また、リード端子１５を溝５ｇに嵌着して配線導体５ｂにロウ付けする際に、リード端子１５の配線導体５ｂと反対側の露出した面を段差５ａの側面と面一にすることができるとともに、ほぼ同じ平面上でリード端子１５を介して入出力端子５の配線導体５ｂと外部電気回路基板の電極とを接続できる。その結果、配線導体５ｂから外部電気回路基板の電極までを段差なく電気的に接続できることから、配線導体５ｂと外部電気回路基板の電極との間の信号経路のインピーダンスを正確に整合させることができる。
【００４６】
これらの結果、入出力端子１５の配線導体５ｂと外部電気回路基板の電極との間をリード端子１５を介して伝送する高周波信号に反射損失等の伝送損失が発生するのを有効に防止し、高周波信号の伝送効率が優れたものとすることができる。
【００４７】
ここで、溝５ｇの深さは０．０５〜０．３５ｍｍがよく、段差５ａの側面とリード端子１５の露出した面（配線導体５ｂと反対側の面）との差は０．１５ｍｍ以下がよい。これにより、高周波信号の伝送効率を非常に優れたものとすることができる。
【００４８】
溝５ｇの深さが０．０５ｍｍ未満であると、溝５ｇが浅すぎて入出力端子５に溝５ｇを形成するのが困難となり、０．３５ｍｍを超えると溝５ｇが深くなり、それに合わせてリード端子１５を厚くしなければならず、入出力端子５のリード端子１５接合部に入出力端子５とリード端子１５との熱膨張差による熱応力が大きく加わりやすくなり、入出力端子５にクラック等の破損が生じ易くなる。この結果、光半導体装置内部を気密に保持できなくなったり、入出力端子５の配線導体５ｂや内部配線５ｄに断線が生じて、光半導体素子を正常に作動させることができなくなるおそれがある。
【００４９】
また、段差５ａの側面とリード端子１５の露出した面との差が０．１５ｍｍを超えると、外部電気回路基板の電極がリード端子１５の露出した面側に接合されると配線導体５ｂから外部電気回路基板の電極までに大きな段差が生じてしまい、この段差によって、配線導体５ｂから電極までの信号経路のインピーダンスを正確に整合させることができなくなり、信号経路を伝送する高周波信号の伝送効率が劣化してしまう。
【００５０】
さらに、入出力端子５は、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（セラミックス）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等の誘電体から成るが、特に窒化アルミニウム質焼結体から成ることが好ましい。これにより、光半導体素子２の熱を外部に効率よく放熱することができる。
【００５１】
また、本発明のこの光半導体装置は光半導体素子２の誤作動を防止するため、内部を気密にするのがよい。内部を気密にすると、蓋体３の外面に内外の気圧差による圧力が加わり、蓋体３が変形を起こす可能性がある。従って、気圧差により光半導体装置の外面に加わる圧力を略均一に分布させ、圧力集中を防止するため、蓋体３を円筒形とするのがよい。
【００５２】
蓋体３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工、絞り加工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製作される。この蓋体３は、筒状部と上端面３ａが個々に製作され、それらをロウ付け、半田付け、溶接等によって接合したものであってもよい。
【００５３】
蓋体３には、貫通孔３ｂを塞ぐように貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に、透光性部材４が銀（Ａｇ）ロウ付けやガラス接合、半田付け等により気密に接合される。透光性部材４は、ガラスやサファイア等から成る円板状、レンズ状、球状または半球状等のものであり、球状の場合帯状部で、円板状やレンズ状の場合一主面の外周部で、半球状の場合平面部の外周部で蓋体３に接合される。
【００５４】
また、光ファイバ６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る略円筒状の固定部材７の上端面に固定されており、固定部材７の下端面が蓋体３の外周面にシーム溶接法等の溶接によって接合される。光ファイバ６が固定部材７を介して透光性部材４の上方に固定されることによって、製品としての光半導体装置となる。これにより、光ファイバ６を介して内部に収容する光半導体素子２と外部との光信号の授受が可能となる。
【００５５】
本発明において、透光性部材４は貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に接合されるのが好ましく、この場合以下の点で有利である。即ち、蓋体３の外周部に固定部材７を溶接する際の熱が蓋体３に局所的に加わり、蓋体３の透光性部材４との接合面に熱膨張による引っ張り応力が加わると、透光性部材４が蓋体３から剥がれやすくなるが、光半導体装置は内部を気密にするため外側から内側に気圧が加わるため、気圧によって透光性部材４が蓋体３に押し付けられて剥がれにくくなる。一方、透光性部材４が貫通孔３ｂの上端面３ａの裏面側開口の周囲に接合されていると、熱膨張による応力によって透光性部材４を剥がそうとする引っ張り応力と気圧による圧力とが加わり、透光性部材４が蓋体３から容易に外れてしまうこととなる。
【００５６】
本発明の光半導体装置は、光半導体素子２の電極を外部電気回路に電気的に接続し、製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、例えば外部電気回路から供給される電気信号によって光半導体素子２にレーザ光等の光を励起させ、この光を透光性部材４、光ファイバ６の順に透過させ、光ファイバ６を介して外部に伝送することによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
【００５７】
【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。
【００５８】
（実施例１）
図１の光半導体装置を以下のようにして製作した。まず、直径５．６ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの円板状で、略中央に直径２．４ｍｍの貫通穴１ａが設けられたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る基体１の下面に、外形寸法が縦３．２ｍｍ×横３．２ｍｍで、図２に示す段差５ａがＬ＝３．５ｍｍ，Ｗ＝０．８ｍｍであり、Ａｌ２Ｏ３質焼結体から成る入出力端子５を、貫通穴１ａの周囲にＡｇロウ材を介して接合した。次に、基体１の上面に、円筒部の内径が３．６ｍｍ，下端３ｃの外径が５．６ｍｍ，下端３ｃから上端面３ａまでの高さが３ｍｍ，厚さが０．３ｍｍであり、上端面３ａに設けられた直径２．４ｍｍの貫通孔３ｂの周囲に直径３．２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの円板状のサファイアからなる透光性部材４がＡｇロウを介してロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る蓋体３をシーム溶接法によって接合した。ここで、入出力端子５の上面と段差５ａの天井面５ｆとの間の距離を表１に示す種々の値となるようにして、光半導体装置の試料を各２０個ずつ作製した。
【００５９】
各試料について気密性の評価を以下の手順で行なった。まず、各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬しグロスリーク試験を行ない、液体中への気泡の発生の有無を評価し、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について、４９００Ｐａ（パスカル）で２時間Ｈｅ加圧を行なった後にＨｅリーク試験、即ち光半導体装置の内部にＨｅを加圧侵入させ、その後光半導体装置の外部へ漏れ出てくるＨｅを検出する試験を実施し、Ｈｅの検出量が５．０×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の試料を良品とし、検出量が５．０×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。その評価結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2004274003.tif 000003
【００６１】
表１より、入出力端子５の上面と段差５ａの天井面５ｆとの間の距離が０．５ｍｍ未満では気密性不良が発生した。
【００６２】
以上より、入出力端子５の上面と段差５ａの天井面５ｆとの間の距離が０．５ｍｍ以上であるときに、光半導体装置内部の気密を良好に保持できることが判った。ただし、入出力端子５の上面と段差５ａの天井面５ｆとの間の距離が３ｍｍよりも大きくなると、光半導体装置が大型化するので実用に適さないものとなる。
【００６３】
（実施例２）
次に図４の入出力端子５を実施例１と同様の方法で製作した。なお、図４において、（ａ）は入出力端子５の断面図、（ｂ）は入出力端子５の側面図である。また、入出力端子５の各寸法を、ａ＝３．１８ｍｍ、ｂ＝１．５ｍｍ、ｃ＝２．２ｍｍ、Ｌ＝３．５ｍｍ、Ｗ＝０．８ｍｍとし、配線導体５ｂの幅を０．４ｍｍ、配線導体５ｂの長さＭを３．３ｍｍ、配線導体５ｂと同一接地導体層５ｂ−１との配線間距離を０．４５ｍｍ、入出力端子５を構成する誘電体の比誘電率を８．９とした。
【００６４】
そして、入出力端子５の配線導体５ｂと電極パッド５ｃとの間に１〜１５ＧＨｚの高周波信号を伝送させて透過損失を測定した。
【００６５】
その結果、図５に示す透過損失が得られた。図５は図４に示す入出力端子５の配線導体５ｂと電極パッド５ｃとの間に高周波信号を伝送させたときの透過損失の測定結果であり、この図より、１〜１５ＧＨｚの高周波帯域において透過損失が約−１ｄＢ以下と小さく、本発明の入出力端子５は高周波信号の伝送特性に優れていることが判った。
【００６６】
なお、本発明は上記の実施の形態の例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で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【００６７】
【発明の効果】
本発明の光半導体装置は、上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状とされ、基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、貫通穴の下側主面側の開口の周囲に上面の外周部が接合された入出力端子と、入出力端子の上面の中央部に載置された光半導体素子とを具備しており、入出力端子は、直方体状の誘電体の上面の光半導体素子の周囲に電極パッドが形成されているとともに下面と一側面との間に段差が形成され、この段差の側面に内部配線を介して電極パッドと電気的に接続された配線導体が形成されていることにより、入出力端子の上面、側面および内部に微細な間隔をもって電極パッド、配線導体および内部配線を多数形成することができ、その結果、光半導体素子やモニタ用ＰＤだけでなく、光半導体素子を駆動するためのドライバＩＣ等を入出力端子の表面に設けることができ、信号入出力および光半導体素子の駆動や制御をこの入出力端子で行なうことができる。従って、外部電気回路に設けられていたドライバＩＣ等を光半導体装置の内部や入出力端子の外側に実装し集積化することができることから、光半導体素子を駆動させるための装置全体を小型化できる。
【００６８】
また、光半導体素子を入出力端子の上面に直接載置固定することにより、入出力端子上面の電極パッドを光半導体素子の近傍に形成できることから、電極パッドと光半導体素子とをきわめて短線化されたボンディングワイヤにより電気的に接続でき、ボンディングワイヤでの高周波信号の伝送損失を最小限に抑えることができる。
【００６９】
さらに、基体の貫通穴を覆って基体の下側主面に接合された入出力端子を有していることによって、従来のガラス接合された外部接続用ピンに比較して、外部接続用ピンの接合部にクラック等の破損が生じて光半導体装置内部の気密が破れるのを有効に防止できる。従って、外部接続用ピンをガラス等の接合材を介して基体の貫通孔に接合した従来の構造に比べ気密信頼性が大幅に向上する。また外部接続用ピンを介すことなく、入出力端子を段差の部位で外部電気回路基板に接続できるため、高周波信号が反射等して伝送損失が生じるのを抑制し、高周波信号の伝送効率を大幅に改善できる。
【００７０】
また、入出力端子の段差を外部電気回路基板の端部にかみ合わせて、配線導体を外部電気回路に電気的に接続することにより、配線導体を外部電気回路基板の所望の電極等に正確に位置を合わせて接続して特性インピーダンスの整合性をよくし、高周波信号の伝送効率が優れたものとすることができる。
【００７１】
また、本発明の光半導体装置は、入出力端子の上面と段差の天井面との間の距離が０．５乃至３ｍｍとされていることにより、光半導体素子の動作中に発生した熱が内部配線や入出力端子に伝わったとしても、入出力端子における段差の天井面から上部の体積が大きくなり、また、内部配線と誘電体との接触面積が大きくなるので熱を有効に内部配線の周囲や入出力端子の下方へ拡散して放熱することができる。そのため、基体と入出力端子との熱膨張差による応力によって基体と入出力端子との接合部で入出力端子がクラック等により破損するのを抑制して、光半導体装置内部の気密を破れ難くすることができるとともに、内部配線の熱膨張による寸法変化を小さくして入出力端子に歪みを生じ難くし、光半導体素子と光ファイバとの光軸ずれを有効に抑制して光伝送効率の優れたものとすることができる。また、本発明の光半導体装置を外部電気回路基板に導電性接着材や半田等を介して接続する際、加熱工程で内部配線に伝わった熱を有効に放熱することにより、入出力端子に歪みを生じ難くするとともに光半導体素子に熱が伝達して光半導体素子の特性が変化するのを防止することもできる。
【００７２】
本発明の光半導体装置は、好ましくは入出力端子は段差の側面にその上端から下端にかけて溝が形成されているとともに溝の内面に配線導体が形成されており、リード端子が溝に嵌着されるとともに配線導体にロウ付けされていることにより、リード端子は入出力端子の所定の位置に正確接合されているため、リード端子を外部電気回路基板の電極にロウ付けする際に、配線導体を外部電気回路基板の所望の電極に正確に位置合わせして接続することができる。
【００７３】
また、リード端子を溝に嵌着して配線導体にロウ付けする際に、リード端子の配線導体と反対側の露出した面を段差の側面と面一にすることができるとともに、ほぼ同じ平面上でリード端子を介して入出力端子の配線導体と外部電気回路基板の電極とを接続できる。その結果、配線導体から外部電気回路基板の電極までを段差なく電気的に接続できることから、配線導体と外部電気回路基板の電極との間の信号経路のインピーダンスを正確に整合させることができる。
【００７４】
これらの結果、入出力端子の配線導体と外部電気回路基板の電極との間をリード端子を介して伝送する高周波信号に反射損失等の伝送損失が発生するのを有効に防止し、高周波信号の伝送効率が優れたものとすることができる。
【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例を示す断面図である。
【図２】本発明の光半導体装置における入出力端子について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の光半導体装置における入出力端子について実施の形態の他の例を示す上面図、（ｂ）は本発明の光半導体装置における入出力端子について実施の形態の他の例を示す側面図である。
【図４】（ａ）は本発明の光半導体装置における入出力端子について実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図５】図４の入出力端子に高周波信号を入力した場合の透過損失のグラフである。
【図６】（ａ）は本発明の光半導体装置における入出力端子の実施の形態の他の例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の下面図である。
【図７】従来の光半導体装置の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：貫通穴
２：光半導体素子
３：蓋体
３ａ：上端面
３ｂ：貫通孔
３ｃ：下端
４：透光性部材
５：入出力端子
５ａ：段差
５ｂ：配線導体
５ｃ：電極パッド
５ｄ：内部配線
５ｅ：段差の側面
５ｆ：段差の天井面
５ｇ：溝
１５：リード端子
【図１】
2004274003.tif 000004
【図２】
2004274003.tif 000005
【図３】
2004274003.tif 000006
【図４】
2004274003.tif 000007
【図５】
2004274003.tif 000008
【図６】
2004274003.tif 000009
【図７】
2004274003.tif 000010