(57)【要約】【課題】  生産性に極めて優れると共に、安価で且つ高さを低くすることが可能な光半導体装置を提供すること。【解決手段】  キャップ部材３は、金属製の窓枠７と、窓材９とを備える。窓枠７の中央に円形状を呈した開口７ａが形成されている。窓枠７は、窓材９が固定される内側部１１と、内側部１１よりも薄肉状に形成された外側部１３とを含む。内側部１１と外側部１３とで段差１５が形成される。窓材９は、窓枠７の開口７ａを覆うように固定されている。容器５は、絶縁材料からなり、底部２１と当該底部２１から伸びる壁部２３とを含む。容器５には、底部２１と壁部２３とで窪み２５が形成されている。窓枠７は、窪み２５を覆うように、壁部２３に固定されている。窓枠７と容器５とは、壁部２３と外側部１３との間に配置されたロウ材３１を外側部１３に照射した電子ビームにて溶融することにより固定されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁材料からなり、底部と当該底部から伸びる壁部とにより窪みが形成された容器と、
前記底部に固定される光半導体素子と、
開口が形成されており、前記窪みを覆うように前記容器に固定される金属製の枠体と、
前記開口を覆うように前記枠体に固定される窓材と、を備え、
前記容器と前記枠体とは、前記壁部と前記枠体との間に配置されたロウ材を前記枠体に照射した電子ビームにて溶融することにより固定されており、
枠体には、電子ビームが照射される部分と前記窓材が固定される部分との間に段差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】
電子ビームが照射される前記部分の厚みを前記窓材が固定される前記部分の厚みよりも薄くすることにより前記段差が形成されることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記枠体には、当該枠体における電子ビームを照射する側の最表面となるようにニッケル層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記ニッケル層は、更に前記壁部に対向する側の最表面となるように前記枠体に形成されており、
前記ロウ材は、銀ロウ材であることを特徴とする請求項３に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記枠体には、前記ニッケル層が単層に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記壁部における前記ロウ材を介して前記枠体に固定される面には、金属層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光半導体装置として、絶縁材料からなり、底部と当該底部から伸びる壁部とにより窪みが形成された容器と、底部に固定される光半導体素子と、開口が形成されており、窪みを覆うように容器に固定される金属製の枠体と、開口を覆うように枠体に固定される窓材とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された光半導体装置では、容器としてのセラミック基板にシールフレームが固着されており、当該シールフレームに枠体としてのコバール金属製のキャップがシーム溶接されている。
【特許文献１】特開昭６１−１２０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
枠体とシールフレームとをシーム溶接する場合、枠体におけるシールフレームに対応する部分に一対のローラー電極を接触させた状態で、ローラー電極間に溶接のための大電流を流しながら一対のローラー電極を転動させている。このため、ローラー電極の移動速度が比較的遅いこともあって、溶接時間が長くなり、生産性が低下してしまうという問題点が生じる。
【０００４】
また、シールフレームを必要とする分、光半導体装置の高さが高くなってしまうと共に、コストが高くなってしまうという問題点も生じる。
【０００５】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、生産性に極めて優れると共に、安価で且つ高さを低くすることが可能な光半導体装置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】
【０００６】
本発明者等は、生産性に優れ且つ製造コストが安価となる電子ビーム溶接に着目し、調査研究の結果、以下のような事実を新たに見出した。
【０００７】
電子ビーム溶接を用いる場合、容器の壁部と枠体との間にロウ材を配置した状態で枠体側から電子ビームを照射し、電子ビーム照射による熱をロウ材に伝えて当該ロウ材を溶融させることにより、容器と枠体とをロウ付け固定することとなる。このため、シールフレームを必要としない分、光半導体装置の高さが高くなるようなことはなく、また、コストが高くなることもない。また、電子ビームは磁界によって移動させながら照射するので、電子ビームを高速に移動させることができ、照射時間が短くてすみ、生産性が極めて優れる。
【０００８】
電子ビームを照射すると、枠体における電子ビームが照射された領域は、局部的に高温となる熱衝撃を受ける。例えば、ロウ材として銀ロウ材を用いる場合、当該銀ロウ材の融点が８００℃程度であることから、枠体における電子ビームが照射された領域は８００℃以上の高温となる。
【０００９】
ところで、枠体には、当該枠体とは熱膨張率が異なる窓材が固定されている。このため、電子ビームが照射されて枠体が加熱されると、枠体と窓材の熱膨張率の違いにより、枠体に熱応力が発生する。発生した熱応力は窓材に伝えられ、窓材の歪み（フラット性を損ねる）や、窓材の脱落、破損、窓材の気密性劣化等を招く要因となる。
【００１０】
かかる調査研究結果を踏まえ、本発明に係る光半導体装置は、絶縁材料からなり、底部と当該底部から伸びる壁部とにより窪みが形成された容器と、底部に固定される光半導体素子と、開口が形成されており、窪みを覆うように容器に固定される金属製の枠体と、開口を覆うように枠体に固定される窓材と、を備え、容器と枠体とは、壁部と枠体との間に配置されたロウ材を枠体に照射した電子ビームにて溶融することにより固定されており、枠体には、電子ビームが照射される部分と窓材が固定される部分との間に段差が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る光半導体装置では、容器と枠体とがロウ材を介して固定されることとなるので、シールフレームを必要としない分、光半導体装置の高さを低くすることができると共に、低コストで実現することができる。また、電子ビーム照射による熱が伝わることによりロウ材が溶融して容器と枠体とを固定するので、シーム溶接にて固定するものに比して、作業時間が短くてすみ、生産性が極めて優れる。
【００１２】
また、本発明では、電子ビームが照射される部分と窓材が固定される部分との間に段差が形成されているので、発生した熱応力は段差に集中することとなり、窓材に伝わるのが抑制されることとなる。この結果、窓材の歪み、窓材の脱落、破損、窓材の気密性劣化等を防ぐことができる。
【００１３】
電子ビームが照射される部分の厚みを窓材が固定される部分の厚みよりも薄くすることにより段差が形成されることが好ましい。
【００１４】
上記枠体には、当該枠体における電子ビームを照射する側の最表面となるようにニッケル層が形成されていることが好ましい。この場合、電子ビームが照射される最表面にニッケル層が位置することとなる。このため、電子ビームの照射により気化した枠体の構成物質等がニッケル層に蒸着しても、当該構成物質はニッケル層と結合し、枠体の外観上の変化は抑制されると共に、ゴミとして剥がれ落ちるようなことはない。
【００１５】
枠体の表面は、通常、酸化防止のため、ニッケル（Ｎｉ）−金（Ａｕ）などでメッキ処理が施されている。例えば、枠体にＮｉ−Ａｕメッキ処理を施した場合、電子ビームが照射される最表面には、Ａｕ層が位置することとなる。電子ビームが枠体に照射されると、メッキ層及び枠体が高温に熱せられ、メッキ層及び枠体の構成物質が気化する。上述したように段差が形成されていると、電子ビームの照射位置近傍に、枠体の電子ビームの照射方向に伸びる壁部が存在することとなり、気化した構成物質が、電子ビームによる蒸着法と同様の原理で、枠体の壁部に付着することとなる。気化した構成物質は、Ｎｉ−Ａｕメッキ処理が施されている場合、最表面に位置するＡｕ層の表面に蒸着する。
【００１６】
Ａｕ層に蒸着した物質は、真空状態から大気状態へ移行した際に、酸化して、外観不良が生じてしまうことが判明した。また、蒸着物質は粉体化し、ゴミとして剥がれ落ちる可能性も存在する。これは、Ａｕは、枠体の構成物質に比べて安定であり、活性な蒸着物質と結合できないためであると考えられる。
【００１７】
そこで、発明者等は、枠体にＮｉメッキ処理を施し、電子ビームが照射される最表面にＮｉ層を位置させて、同様に電子ビームを照射することを試みた。すると、Ａｕ層を最表面に位置させていた場合に生じていた外観不良が生じないことが新たに判明した。これは、気化した構成物質がＮｉ層に蒸着する場合、Ｎｉ層と同金属種であること、また、ＮｉはＡｕに比べて活性であり、活性な蒸着物質と結合しやすいためであると考えられる。また、蒸着物質は、Ｎｉ層と結合することで、ゴミとして剥がれ落ちるようなことはないと考えられる。
【００１８】
上記ニッケル層は、更に壁部に対向する側の最表面となるように枠体に形成されており、上記ロウ材は、銀ロウ材であることが好ましい。この場合、銀ロウ材は、ニッケルに対する濡れ性が良く、枠体と容器とを適切に固定することができる。また、銀ロウ材は、一般に融点が高く、高温環境下での使用に適した光半導体装置を実現することができる。
【００１９】
上記枠体には、ニッケル層が単層に形成されていることが好ましい。この場合、メッキ処理が一回ですみ、生産性がより一層優れることとなる。
【００２０】
上記壁部におけるロウ材を介して枠体に固定される面には、金属層が形成されていることが好ましい。この場合、枠体と容器とを強固に固定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、生産性に極めて優れると共に、安価で且つ高さを低くすることが可能な光半導体装置を提供することができる。
【００２２】
また、本発明によれば、電子ビームを照射した場合でも、発生した熱応力が窓材に伝わるのを抑制して、窓材の位置ズレや、窓材の脱落、破損等を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００２４】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る光半導体装置について説明する。図１は、第１実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。図２は、第１実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。図３は、第１実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための概略断面斜視図である。
【００２５】
光半導体装置ＯＳ１は、光半導体素子としての半導体光検出素子（例えば、表面照射型のフォトダイオード等）ＰＤ１と、半導体光検出素子ＰＤ１を収容するパッケージ１とを備え、光検出装置として機能する。パッケージ１は、キャップ部材３と容器５とを有する。
【００２６】
キャップ部材３は、枠体としての窓枠７と、窓枠７に固定される窓材９とを備える。窓枠７は、コバール合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）からなる略平板状の部材であり、中央に円形状を呈した開口７ａが形成されている。開口７ａの内径は、窓材９の外径と略同じに設定されており、本実施形態においては、窓材９の外径は２．３ｍｍ、開口７ａの外径は２．４ｍｍである。
【００２７】
窓枠７には、図４に示されるように、窓枠７の全体を覆うように、ニッケル（Ｎｉ）層１０が単層に形成されている。Ｎｉ層１０は、Ｎｉメッキ処理（電解メッキ処理）により形成することができる。Ｎｉ層１０の厚みは、例えば、２μｍ程度である。
【００２８】
窓枠７は、窓材９が固定される内側部１１と、当該内側部１１よりも薄肉状に形成された外側部１３とを含んでいる。内側部１１の一方の主面（容器５に対向する面）と外側部１３の一方の主面（容器５に対向する面）とは、同一平面上にある。これにより、内側部１１と外側部１３とで段差１５が形成されることとなる。内側部１１の厚みは、窓材９の厚みと同じに設定されており、本実施形態においては０．６ｍｍ程度である。外側部１３の厚みは、０．１５ｍｍ程度に設定されている。
【００２９】
窓材９は、円板形状を呈しており、石英ガラスからなる。窓材９は、窓枠７の開口７ａを覆う（本実施形態では、開口７ａを塞ぐ）ように開口７ａに挿入されて、内側部１１における開口７ａを臨む内壁（Ｎｉ層１０）に隣接している。窓材９は、高融点ガラス１７により接着されている。窓枠７は、窓材９及び高融点ガラス１７の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有している。高融点ガラス１７は、窓材９の融点よりも低い温度で窓枠７及び窓材９に融着する。窓材９は、高融点ガラス１７とは、窓材９の厚み方向に沿った面でのみ接触している。内側部１１の両主面と窓材９の両主面とは、それぞれ同一平面上にある。
【００３０】
キャップ部材３は、以下のように、製造することができる。
【００３１】
まず、予め、高融点ガラス１７を、プレス成型等を用いてリング状に成型しておく。そして、窓枠７、窓材９及び高融点ガラス１７を、一対のカーボン製の治具で挟み、固定する。次に、治具にて固定した窓枠７、窓材９及び高融点ガラス１７を窓材９の融点より低く高融点ガラス１７の融点よりも高い温度（本実施形態においては、１０００℃程度）に加熱して、高融点ガラス１７を溶融させる。
【００３２】
その後、常温まで冷却し、高融点ガラス１７を硬化させて、窓枠７と窓材９とを接着、固定する。このとき、窓枠７の熱収縮が、窓材９及び高融点ガラス１７の熱収縮に比べて大きく、窓枠７から窓材９の方向（窓材９の厚み方向に垂直な方向）に収縮力が作用することとなる。なお、窓枠７、窓材９及び高融点ガラス１７の加熱には、電気炉等を用いることができる。
【００３３】
容器５は、絶縁材料（例えば、セラミック等）からなる。容器５は、底部２１と当該底部２１から伸びる壁部２３とを含んでいる。容器５には、底部２１と壁部２３とで窪み２５が形成されている。底部２１には、半導体光検出素子ＰＤ１が固定されている。半導体光検出素子ＰＤ１は、金ロウ材（例えば、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ等）２６または樹脂によりダイボンドされている。
【００３４】
底部２１より所定高さを有して形成された段部２７には、半導体光検出素子ＰＤ１の電極を外部に取り出すためのボンディングパッド（図１〜３にて、不図示）が設けられている。ボンディングパッドは容器５内に形成された金属層を通って、容器５の外部に導出されている。半導体光検出素子ＰＤ１の電極とボンディングパッドとは、ボンディングワイヤ２９を介して、結線されている。
【００３５】
キャップ部材３（窓枠７）は、窪み２５を覆うように、容器５の壁部２３に固定されている。窓枠７と容器５とは、壁部２３と外側部１３との間に配置されたロウ材３１により、ロウ付け固定されている。窓枠７は、内側部１１、外側部１３及び窓材９が面一とされた面を容器５に対向した状態で、固定される。
【００３６】
壁部２３におけるロウ材３１を介して窓枠７に固定される面、及び、底部２１における半導体光検出素子ＰＤ１がダイボンドにより固定される面には、図５に示されるように、メタライズ処理が施されることにより、金属層（ハッチングを付した領域）３３，３５が形成されている。また、段部２７には、上記ボンディングパッドに対応する領域にも、メタライズ処理により金属層３７が形成されている。この金属層３７がボンディングパッドとして機能する。金属層３３，３５，３７は、容器５側から順に、Ｗ（タングステン）またはＭｏ−Ｍｎ（モリブデン−マンガン）層、Ｎｉ（ニッケル）層、Ａｕ（金）層が積層された層構造を有している。
【００３７】
窓枠７と容器５とのロウ付けは、図６に示されるようにして行われる。壁部２３と窓枠７との間にロウ材３１を配置した状態で、キャップ部材３と容器５とを治具で挟んでプレスした状態で、外側部１３（Ｎｉ層１０）に電子ビームＥＢを照射する。Ｎｉ層１０は、窓枠７における電子ビームＥＢを照射する側の最表面に位置している。
【００３８】
電子ビームＥＢが照射されると、Ｎｉ層１０及び外側部１３の照射部分は高温に熱せられ、溶融して液体金属状態の溶融領域（溶融池）Ｆが形成される。溶融領域Ｆは容器５に到達しておらず、溶融領域Ｆの熱がロウ材３１に伝導して、ロウ材３１を溶融させる。このように、ロウ材３１を溶融させることにより、容器５の壁部２３と窓枠７の外側部１３とをロウ付け固定する。
【００３９】
ロウ材３１は、Ｎｉ層１０が窓枠７における壁部２３に対向する側の最表面となっていることから、銀ロウ材（例えば、Ａｇ−Ｃｕ等）であることが好ましい。銀ロウ材は、Ｎｉに対する濡れ性が良く、融点も高い。Ａｇ−Ｃｕロウ材の融点は、７８０℃程度である。したがって、Ａｇ−Ｃｕロウ材を用いる場合は、ロウ材３１の温度が８００℃程度となるように、電子ビームの照射条件（出力等）を設定する必要がある。
【００４０】
ところで、電子ビームが外側部１３に照射され、Ｎｉ層１０及び外側部１３が高温に熱せられると、Ｎｉ層１０及び外側部１３の構成物質（Ｎｉ，Ｆｅ等）が気化して、段差１５における電子ビームの照射方向に伸びる壁部分に付着する。段差１５における壁部分においても最表面にＮｉ層１０が位置することから、電子ビームの照射により気化した構成物質がＮｉ層１０に蒸着しても、当該構成物質はＮｉ層１０と結合するので、ゴミとして剥がれ落ちるようなことはない。また、上記構成物質とＮｉ層１０とが結合することにより、窓枠７の外観上変化も抑制されることとなる。
【００４１】
また、電子ビームが照射されて窓枠７が加熱されると、窓枠７と窓材９の熱膨張率の違いにより、窓枠７に熱応力が発生することとなる。発生した熱応力は窓材９に伝えられ、窓材９の歪み、窓材９の脱落、破損、窓材９と高融点ガラス１７との接合部の気密性劣化等を招く要因となる。しかしながら、電子ビームが照射される外側部１３と窓材９が固定される内側部１１との間に段差１５が形成されているので、発生した熱応力は外側部１３に集中することとなり、窓材９に伝わるのが抑制されることとなる。この結果、窓材９の歪み、窓材９の脱落、破損、窓材９と高融点ガラス１７との接合部の気密性劣化等を防ぐことができる。
【００４２】
以上のように、本第１実施形態においては、容器５と窓枠７とがロウ材３１を介してロウ付け固定されることとなるので、シールフレームを必要としない分、光半導体装置ＯＳ１の高さを低くすることができると共に、低コストで実現することができる。また、電子ビーム照射による熱が伝わることによりロウ材３１が溶融して容器５と窓枠７とを固定するので、シーム溶接にて固定するものに比して、作業時間が短くてすみ、生産性が極めて優れる。
【００４３】
また、本第１実施形態において、Ｎｉ層１０は、壁部２３に対向する側の最表面となるように窓枠７に形成されており、ロウ材３１は、銀ロウ材である。これにより、窓枠７と容器５とを適切に固定することができる。また、高温環境下での使用に適した光半導体装置ＯＳ１を実現することができる。
【００４４】
また、本第１実施形態においては、窓枠７には、Ｎｉ層１０が単層に形成されている。これにより、メッキ処理が一回ですみ、生産性がより一層優れることとなる。
【００４５】
また、本第１実施形態においては、壁部２３におけるロウ材３１を介して窓枠７に固定される面には、金属層３３が形成されている。これにより、容器５と窓枠７とを強固に固定することができる。
【００４６】
また、本第１実施形態においては、窓枠７から窓材９の方向に収縮力が作用することとなり、窓枠７と窓材９との接着強度が高められる。特に、窓材９は、窓材９の厚み方向に沿った面でのみ高融点ガラス１７に接触しているので、窓材９に対し当該窓材９の厚み方向に垂直な方向のみから窓枠７の収縮力が作用することとなり、窓枠７と窓材９との接着強度を極めて高くすることができる。
【００４７】
なお、高融点ガラス１７は、窓材９の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有していることが好ましい。この場合、窓材９に対し窓枠７の収縮力を窓材９の厚み方向に垂直な方向から適切に作用させることができる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光半導体装置について説明する。図７は、第２実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。図８は、第２実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。第２実施形態に係る光半導体装置ＯＳ２は、キャップ部材の構成等の点で第１実施形態に係る光半導体装置ＯＳ１と相違する。
【００４９】
光半導体装置ＯＳ２は、半導体光検出素子（例えば、裏面照射型のフォトダイオード等）ＰＤ２と、半導体光検出素子ＰＤ２を収容するパッケージ１とを備え、光検出装置として機能する。パッケージ１は、キャップ部材３と容器５１とを有する。
【００５０】
キャップ部材３は、窓枠６１と、窓枠６１に固定される窓材４３とを備える。窓枠６１は、コバール合金からなる略平板状の部材であり、内側部６３と、当該内側部６３よりも薄肉状に形成された外側部６５とを含んでいる。内側部６３の一方の主面（容器５１に対向する面）と外側部６５の一方の主面（容器５１に対向する面）とは、異なる平面上にある。窓枠６１には、図９に示されるように、窓枠６１の全体を覆うように、Ｎｉ層１０が単層に形成されている。
【００５１】
内側部６３には、窓材４３を収容する窪み６３ａが形成されており、その中央に窪み６３ａに連通する円形状の開口６１ａが形成されている。窪み６３ａの内径は２．２５ｍｍに設定されており、開口６１ａの内径は１．０ｍｍに設定されている。内側部６３と外側部６５とで段差６７が形成されることとなる。内側部６３の厚みは、０．６ｍｍ程度である。外側部６５の厚みは、０．２ｍｍ程度に設定されている。
【００５２】
窓材４３は、窪み６３ａに位置し、開口６１ａを覆う（本実施形態では、開口６１ａを塞ぐ）ように内側部６３に低融点ガラス５０により接着されている。窓材４３は、その直径が開口６１ａの直径よりも大きく且つ窪み６３ａの内径よりも小さく設定されている。本実施形態において、窓材４３の直径は１．９ｍｍに設定されており、厚みは０．２５ｍｍに設定されている。
【００５３】
容器５１は、絶縁材料（例えば、セラミック等）からなる。容器５１は、底部５３と当該底部５３から伸びる壁部５５とを含んでいる。容器５１には、底部５３と壁部５５とで窪み５７が形成されている。底部５３には、半導体光検出素子ＰＤ２が、バンプ５８（例えば、金バンプ）によりパッド電極（図７及び８にて、不図示）にフリップチップ接続された状態で固定されている。パッド電極は容器５１内に形成された金属層を通って、容器５１の外部に導出されている。半導体光検出素子ＰＤ２の電極の取り出しは、バンプ５８、パッド電極及び外部メタライズにより実現される。
【００５４】
キャップ部材３（窓枠６１）は、窪み５７を覆うように、容器５１の壁部５５に固定されている。窓枠６１と容器５１とは、壁部５５と外側部６５との間に配置されたロウ材３１（銀ロウ材）により、ロウ付け固定されている。
【００５５】
壁部５５におけるロウ材３１を介して窓枠６１に固定される面には、図１０に示されるように、メタライズ処理が施されることにより、金属層（ハッチングを付した領域）３３が形成されている。また、底部５３には、上記パッド電極に対応する領域にも、メタライズ処理により金属層３９が形成されている。この金属層３９がパッド電極として機能する。金属層３３，３９は、容器５１側から順に、ＷまたはＭｏ−Ｍｎ層、Ｎｉ層、Ａｕ層が積層された層構造を有している。
【００５６】
窓枠６１と容器５１とのロウ付けは、第１実施形態と同じく、壁部５５と外側部６５との間にロウ材３１を配置した状態で、キャップ部材３と容器５１とを治具で挟んでプレスした状態で外側部６５（Ｎｉ層１０）に電子ビームを照射し、ロウ材３１を溶融させることにより、容器５１の壁部５５と窓枠６１の外側部６５とをロウ付け固定する。Ｎｉ層１０は、窓枠６１における電子ビームを照射する側の最表面に位置している。
【００５７】
以上のように、本第２実施形態においては、第１実施形態と同様に、光半導体装置ＯＳ２の高さを低くすることができると共に、低コストで実現することができる。また、シーム溶接にて固定するものに比して、作業時間が短くてすみ、生産性が極めて優れる。
【００５８】
また、本第２実施形態においても、電子ビームが照射される最表面にＮｉ層１０が位置することとなる。このため、電子ビームの照射により気化したＮｉ層１０及び外側部６５の構成物質（Ｎｉ，Ｆｅ等）がＮｉ層１０に蒸着しても、当該構成物質はＮｉ層１０と結合し、窓枠６１の外観上の変化は抑制されると共に、ゴミとして剥がれ落ちるようなことはない。
【００５９】
また、本第２実施形態において、Ｎｉ層１０は、壁部５５に対向する側の最表面となるように窓枠６１に形成されており、ロウ材３１は、銀ロウ材である。これにより、窓枠６１と容器５１とを適切に固定することができる。また、高温環境下での使用に適した光半導体装置ＯＳ２を実現することができる。
【００６０】
また、本第２実施形態においては、電子ビームが照射される外側部６５と窓材４３が固定される内側部６３との間に段差６７が形成されているので、電子ビームの照射により窓枠６１に発生した熱応力は段差６７に集中することとなり、窓材４３に伝わるのが抑制されることとなる。この結果、窓材４３の位置ズレや、窓材４３の脱落、破損等を防ぐことができる。
【００６１】
なお、窓枠６１と窓材４３との固定に低融点ガラス５０を用いる場合、ホイスカの発生、及び、耐湿性への影響などを考慮して、低融点ガラス５０での固定の前にメッキ処理を施し、Ｎｉ層１０を形成しておくことが好ましい。また、低融点ガラス５０での固定の前にメッキ処理にてＡｕ層を形成した場合、低融点ガラス５０での封着時にＡｕ層の組成が変化してＡｕが拡散し、低融点ガラス５０の接合強度が低下するおそれがある。このことからも、Ｎｉ層１０を単層に形成することが好ましい。
【００６２】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る光半導体装置について説明する。図１１は、第３実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。図１２は、第３実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。第３実施形態に係る光半導体装置ＯＳ３は、キャップ部材の構成等の点で第１実施形態に係る光半導体装置ＯＳ１と相違する。
【００６３】
光半導体装置ＯＳ３は、半導体光検出素子ＰＤ１と、パッケージ１とを備え、光検出装置として機能する。パッケージ１は、キャップ部材３と容器７１とを有する。
【００６４】
キャップ部材３は、窓枠９１と、窓枠９１に固定される窓材９２とを備える。窓枠９１は、コバール合金からなる略平板状の部材であり、中央に円形状を呈した開口９１ａが形成されている。開口９１ａの内径は、１．０２ｍｍに設定されている。窓枠９１には、図１３に示されるように、窓枠９１の全体を覆うように、Ｎｉ層が単層に形成されている。
【００６５】
窓枠９１は、窓材９２が固定される内側部９３と、当該内側部９３よりも薄肉状に形成された外側部９５とを含んでいる。内側部９３の一方の主面（容器７１に対向する面の裏面）と外側部９５の一方の主面（容器７１に対向する面の裏面）とは、同一平面上にある。内側部９３と外側部９５の厚みが異なることから、内側部９３と外側部９５とで段差９７が形成されることとなる。内側部９３の厚みは、窓材９２の厚みと同じに設定されており、本実施形態においては０．３５ｍｍ程度である。外側部９５の厚みは、０．１５ｍｍ程度に設定されている。
【００６６】
窓材９２は、円板形状を呈しており、ホウ珪酸系ガラスからなる。窓材９２は、窓枠９１の開口９１ａを覆う（本実施形態では、開口９１ａを塞ぐ）ように、内側部９３における開口９１ａを臨む内壁（Ｎｉ層）に接している。内側部９３の両主面と窓材９２の両主面とは、それぞれ同一平面上にある。窓材９２は、当該窓材９２を溶融することにより窓枠９１に固定される。
【００６７】
容器７１は、絶縁材料（例えば、セラミック等）からなる。容器７１は、底部７３と当該底部７３から伸びる壁部７５とを含んでいる。容器７１には、底部７３と壁部７５とで窪み７７が形成されている。底部７３には、半導体光検出素子ＰＤ１が固定されている。半導体光検出素子ＰＤ１は、ダイボンド樹脂４８により、底部７３に固定されている。
【００６８】
底部７３より所定高さを有して形成された段部７９には、半導体光検出素子ＰＤ１の電極を外部に取り出すためのボンディングパッド（図１１及び１２にて、不図示）が設けられている。ボンディングパッドは容器７１内に形成された金属層を通って、容器７１の外部に導出されている。半導体光検出素子ＰＤ１の電極とボンディングパッドとは、ボンディングワイヤ２９を介して、結線されている。
【００６９】
キャップ部材３（窓枠９１）は、窪み７７を覆うように、容器７１の壁部７５に固定されている。窓枠９１と容器７１は、壁部７５と窓枠９１の外側部９５との間に配置されたロウ材３１により、ロウ付け固定されている。窓枠７は、内側部９３、外側部９５及び窓材９２が面一とされた面の反対面を容器７１に対向した状態で、固定される。キャップ部材３と容器７１とが固定された状態では、内側部９３の一部及び窓材９２の一部は、容器７１の窪み７７内に位置することとなる。
【００７０】
窓枠９１と容器７１とのロウ付けは、第１及び第２実施形態と同じく、壁部７５と窓枠９１の外側部９５との間にロウ材３１を配置した状態で、キャップ部材３と容器７１とを治具で挟んでプレスした状態で窓枠９１の外側部９５（Ｎｉ層１０）に電子ビームを照射し、ロウ材３１を溶融させることにより、容器７１の壁部７５と窓枠９１の外側部９５とをロウ付け固定する。Ｎｉ層１０は、窓枠９１における電子ビームを照射する側の最表面に位置している。
【００７１】
キャップ部材３と容器７１とは、電子ビームを照射する際に、治具で挟んでプレスされる。このとき、キャップ部材３の表面（容器７１に対向する面の裏面）において、内側部９３、外側部９５及び窓材９２が面一であるので、段差９７にストレスが加わるようなことはない。
【００７２】
壁部７５におけるロウ材３１を介して窓枠９１に固定される面には、図１４に示されるように、メタライズ処理が施されることにより、金属層（ハッチングを付した領域）３３が形成されている。また、段部７９には、上記ボンディングパッドに対応する領域にも、メタライズ処理により金属層３７が形成されている。この金属層３７がボンディングパッドとして機能する。金属層３３，３７は、容器７１側から順に、ＷまたはＭｏ−Ｍｎ層、Ｎｉ層、Ａｕ層が積層された層構造を有している。
【００７３】
以上のように、本第３実施形態においては、第１及び第２実施形態と同様に、光半導体装置ＯＳ３の高さを低くすることができると共に、低コストで実現することができる。また、シーム溶接にて固定するものに比して、作業時間が短くてすみ、生産性が極めて優れる。
【００７４】
また、本第３実施形態においても、電子ビームが照射される最表面にＮｉ層１０が位置することとなる。このため、電子ビームの照射により気化したＮｉ層１０及び窓枠９１の構成物質（Ｎｉ，Ｆｅ等）がＮｉ層１０に蒸着しても、当該構成物質はＮｉ層１０と結合し、窓枠９１の外観上の変化は抑制されると共に、ゴミとして剥がれ落ちるようなことはない。特に、窓枠９１において電子ビームの照射位置近傍に段差が存在しないため、上記構成物質の付着そのものが生じることは極めて少ない。
【００７５】
また、本第３実施形態において、Ｎｉ層１０は、壁部７５に対向する側の最表面となるように窓枠９１に形成されており、ロウ材３１は、銀ロウ材である。これにより、窓枠９１と容器７１とを適切に固定することができる。また、高温環境下での使用に適した光半導体装置ＯＳ３を実現することができる。
【００７６】
また、本第３実施形態においては、電子ビームが照射される外側部９５と窓材９２が固定される内側部９３との間に段差９７が形成されているので、電子ビームの照射により窓枠９１に発生した熱応力は段差９７に集中することとなり、窓材９２に伝わるのが抑制されることとなる。この結果、窓材９２の位置ズレや、窓材９２の脱落、破損等を防ぐことができる。
【００７７】
（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係る光半導体装置について説明する。図１５は、第４実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。図１６は、第４実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。第４実施形態に係る光半導体装置ＯＳ４は、キャップ部材を固定する向きの点で第１実施形態に係る光半導体装置ＯＳ１と相違する。
【００７８】
光半導体装置ＯＳ４は、半導体光検出素子ＰＤ１と、パッケージ１とを備え、光検出装置として機能する。パッケージ１は、キャップ部材３と容器５とを有する。キャップ部材３は、窓枠７と、窓材９とを備える。
【００７９】
窓枠７は、内側部１１、外側部１３及び窓材９が面一とされた面の反対面を容器５に対向した状態で、固定される。キャップ部材３と容器５とが固定された状態では、内側部１１の一部及び窓材９の一部は、容器５の窪み２５内に位置することとなる。
【００８０】
以上のように、本第４実施形態においては、第１実施形態と同じく、光半導体装置ＯＳ４の高さを低くすることができると共に、低コストで実現することができる。また、シーム溶接にて固定するものに比して、作業時間が短くてすみ、生産性が極めて優れる。
【００８１】
また、本第４実施形態においても、電子ビームが照射される最表面にＮｉ層１０が位置することとなる。このため、電子ビームの照射により気化したＮｉ層１０及び窓枠７の構成物質（Ｎｉ，Ｆｅ等）がＮｉ層１０に蒸着しても、当該構成物質はＮｉ層１０と結合し、窓枠７の外観上の変化は抑制されると共に、ゴミとして剥がれ落ちるようなことはない。特に、窓枠７において電子ビームの照射位置近傍に段差が存在しないため、上記構成物質の付着そのものが生じることは極めて少ない。
【００８２】
また、本第４実施形態においては、電子ビームが照射される外側部１３と窓材９が固定される内側部１１との間に段差１５が形成されているので、電子ビームの照射により窓枠７に発生した熱応力は段差１５に集中することとなり、窓材９に伝わるのが抑制されることとなる。この結果、窓材９の位置ズレや、窓材９の脱落、破損等を防ぐことができる。
【００８３】
また、本第４実施形態においては、キャップ部材３の表面（容器５に対向する面の裏面）において内側部１１、外側部１３及び窓材９が面一であるので、キャップ部材３と容器７１とを治具で挟んでプレスしても、段差１５にストレスが加わるようなことはない。
【００８４】
（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る光半導体装置について説明する。図１７は、第５実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。図１８は、第５実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。第５実施形態に係る光半導体装置ＯＳ５は、キャップ部材の構成の点で第４実施形態に係る光半導体装置ＯＳ４と相違する。
【００８５】
光半導体装置ＯＳ５は、半導体光検出素子ＰＤ１と、パッケージ１とを備え、光検出装置として機能する。パッケージ１は、キャップ部材３と容器５とを有する。キャップ部材３は、窓枠７と、窓材９とを備える。
【００８６】
光半導体装置ＯＳ５においては、高融点ガラス１７が、キャップ部材３（窓枠７）における容器５に対向する面側に位置している。
【００８７】
以上のように、本第５実施形態においては、第１〜第４実施形態と同じく、光半導体装置ＯＳ５の高さを低くすることができると共に、低コストで実現することができる。また、シーム溶接にて固定するものに比して、作業時間が短くてすみ、生産性が極めて優れる。また、窓枠７の外観上の変化は抑制されると共に、ゴミとして剥がれ落ちるようなことはない。特に、窓枠７において電子ビームの照射位置近傍に段差が存在しないため、上記構成物質の付着そのものが生じることは極めて少ない。
【００８８】
また、本第５実施形態においても、電子ビームが照射される外側部１３と窓材９が固定される内側部１１との間に段差１５が形成されているので、電子ビームの照射により窓枠７に発生した熱応力が窓材９に伝わるのを抑制して、窓材９の歪み、窓材９の脱落、破損、窓材９と高融点ガラス１７との接合部の気密性劣化等を防ぐことができる。
【００８９】
また、本第５実施形態においては、高融点ガラス１７がキャップ部材３における容器５に対向する面側に位置しているので、高融点ガラス１７を保護することができる。
【００９０】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１〜第５実施形態においては、本発明を、光検出装置として機能する光半導体装置ＯＳ１〜ＯＳ５に適用しているが、これに限られることなく、光半導体素子として、半導体レーザ、又は発光ダイオード等を用いて発光装置として機能する光半導体装置にも適用することができる。
【００９１】
また、第１〜第５実施形態においては、Ｎｉ層１０を単層に形成しているが、これに限られるものではなく、複数回のメッキ処理により複数の金属層を積層してもよい。この場合、窓枠７，６１，９１における電子ビームを照射する側の最表面となるようにＮｉ層１０が形成されていればよい。
【００９２】
また、第１〜第５実施形態においては、Ｎｉ層１０が容器５，５１，７１に対向する側の最表面となるように窓枠７，６１，９１に形成されているが、必ずしも、Ｎｉ層１０が最表面である必要はない。例えば、図１９に示されるように、窓枠７における容器（壁部）に対向する側の最表面となるように、Ｎｉ層１０の上にＡｕ層１２０を形成してもよい。Ａｕ層１２０は、Ａｕメッキ処理（電解メッキ処理）により形成することができる。Ａｕ層１２０を形成した場合、ロウ材３１として、金ロウ材（例えば、Ａｕ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ等）を用いることができる。これらの金ロウ材は、銀ロウ材よりも融点が低いことから、電子ビームの出力を低くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】第１実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。
【図２】第１実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。
【図３】第１実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための概略断面斜視図である。
【図４】第１実施形態に係る光半導体装置に含まれる窓枠を示す断面図である。
【図５】第１実施形態に係る光半導体装置に含まれる容器を示す平面図である。
【図６】第１実施形態に係る光半導体装置における窓枠と容器との固定方法を説明するための模式図である。
【図７】第２実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。
【図８】第２実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。
【図９】第２実施形態に係る光半導体装置に含まれる窓枠を示す断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る光半導体装置に含まれる容器を示す平面図である。
【図１１】第３実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。
【図１２】第３実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。
【図１３】第３実施形態に係る光半導体装置に含まれる窓枠を示す断面図である。
【図１４】第３実施形態に係る光半導体装置に含まれる容器を示す平面図である。
【図１５】第４実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。
【図１６】第４実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。
【図１７】第５実施形態に係る光半導体装置を示す平面図である。
【図１８】第５実施形態に係る光半導体装置の断面構成を説明するための模式図である。
【図１９】第１〜第５実施形態に係る光半導体装置に含まれる窓枠の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１…パッケージ、３…キャップ部材、５，５１，７１…容器、７，６１，９１…窓枠、７ａ，６１ａ，９１ａ…開口、９，４３，９２…窓材、１０…ニッケル（Ｎｉ）層、１１，６３，９３…内側部、１３，６５，９５…外側部、１５，６７，９７…段差、２１，５３，７３…底部、２３，５５．７５…壁部、２５，５７，７７…窪み、３１…ロウ材、３３，３５，３７，３９…金属層、ＥＢ…電子ビーム、Ｆ…溶融領域、ＯＳ１〜ＯＳ５…光半導体装置、ＰＤ１，ＰＤ２…半導体光検出素子。
【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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