(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側主面に光半導体素子を収容するための凹部が形成されているとともに該凹部から外側面にかけて貫通孔が形成されている基体と、前記貫通孔の外側面側開口の周囲に外周部がロウ付けされ、中央部に前記貫通孔内に突出した円筒部が形成されているとともに上端または下端が平坦面とされている略円板状の透光性部材の保持部材とを具備しており、該保持部材はその高さが前記基体の前記外側面の高さと略同じであ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と、前記保持部材の前記円筒部の内側に接合された透光性部材と、前記基体の前記凹部に前記透光性部材に光学的に結合するように収容された光半導体素子と、前記基体の上面に接合された蓋体とを具備した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、光半導体素子を収納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、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３、図４に示す。これらの図において、101は基体、102は蓋体、103は光半導体素子を示す。これら基体101、蓋体102とで、光半導体素子103を光半導体パッケージ内に収容する容器が基本的に構成される。
【０００３】
基体101は、その上側主面に凹部101ａが形成されており、凹部101ａの底面に回路基板等を搭載した基台110を介して光半導体素子103が載置される。凹部101ａの底面には基台110を介して光半導体素子103が接着固定される。この基体101は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体等のセラミックスより成り、例えば、酸化アルミニウム，酸化珪素（ＳｉＯ2），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成すとともに、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートと成し、しかる後セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層し焼成することによって作製される。
【０００４】
また基体101は、凹部101ａの内側面から基体101の外側面にかけて複数個の配線層104が被着形成されており、配線層104の凹部101ａ内に露出する領域には、光半導体素子103の電極がボンディングワイヤ105を介して電気的に接続される。また、配線層104の基体101の外側面の領域には、外部電気回路と接続される外部リード端子（図示せず）が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。この配線層104は、光半導体素子103の電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属粉末を用いたメタライズ層により形成されている。配線層104は、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー，溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、基体101となるセラミックグリーンシートに予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、凹部101ａ内から基体101の外側面にかけて被着形成される。
【０００５】
また配線層104は、その露出する表面にニッケル，金等の耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属を１〜20μｍの厚みにメッキ法により被着させておくと、配線層104の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに配線層104への外部リード端子のロウ付けを強固となすことができる。
【０００６】
さらに配線層104には、外部リード端子が銀ロウ等のロウ材を介して取着されており、外部リード端子は容器内部に収容する光半導体素子103の電極を外部電気回路に電気的に接続するためのものである。外部リード端子を外部電気回路に接続することによって、容器内部に収容される光半導体素子103は配線層104および外部リード端子を介して外部電気回路に接続されることとなる。この外部リード端子は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に形成される。また外部リード端子は、その露出する表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属を１〜20μｍの厚みにメッキ法により被着させておくと、外部リード端子の外部電気回路に対する接続を確実で強固にすることができる。
【０００７】
さらに外部リード端子が取着された基体101の側部には貫通孔101ｂが形成されており、貫通孔101ｂには透光性部材109の保持部材108が挿入固定され、さらに保持部材108の内部には透光性部材109が取着されている。透光性部材109は、図３に示すように、略円板状の保持部材108の中心軸に対し１〜20度の角度を持って取着されている。基体101の側部の貫通孔101ｂは、例えば基体101となるセラミックグリーンシートに予め打ち抜き加工法により貫通孔を形成しておくことによって、または基体101の側部に孔あけ加工を施すことによって基体101の側部に所定形状に形成される。また、保持部材108は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴットをプレス加工等により、中央部の円筒部の内部に傾けて透光性部材109を取着することができるような形状に成形される。
【０００８】
基体101の貫通孔101ｂの外側面側開口の周囲には、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属粉末から成るメタライズ層を被着させ、その上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を順次被着させている。そして、基体101へのロウ付け取着を確実、強固とするために、Ｎｉメッキ層およびＡｕメッキ層を順次被着させた保持部材108を、半田またはＡｕ−Ｓｎ（錫）等から成る低融点ロウ材を介してロウ付けする。この保持部材108は、基体101の側部内に位置する円筒部の内側に透光性部材（例えば半球レンズ）109が取着されており、透光性部材109は保持部材108の円筒部内を気密に塞ぎ、基体101と蓋体102とから成る容器の気密を保持する。また、透光レンズ109は、保持部材108の円筒部の内部空間を伝達する光半導体素子103の励起光を、保持部材108に端部が挿着される光ファイバ111に集光させ伝達させる。
【０００９】
透光性部材109は、サファイヤ、ガラス等から成り、保持部材108への取着は、例えば、透光性部材109の外周部に予めメタライズ層を被着させておき、そのメタライズ層と保持部材108とをＡｕ−Ｓｎ合金等のロウ材を介しロウ付けすることによって行われる。この場合、透光性部材109の保持部材108への取着がＡｕ−Ｓｎ合金等によるロウ付けにより行われることから、取着の信頼性が高いものとなり、これによって保持部材108と透光性部材109との取着部における光半導体素子103を収容する容器の気密封止が完全となる。従って、容器内部に収容する光半導体素子103を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１０】
保持部材108は、その外側の一端に光ファイバ111の端部が取着されているフランジ107がＹＡＧレーザ等のレーザ光を使用して溶接され、光半導体素子103に光信号を伝達するための光ファイバ111が基体101に固定される。
【００１１】
蓋体102は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、基体101の上面に接合され、基体101と蓋体102とから成る容器の内部に光半導体素子103が気密に封止される。この蓋体102は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。
【００１２】
そして、基体101の凹部101ａに光半導体素子103を載置固定するとともに光半導体素子103の電極をボンディングワイヤ105を介して配線層104に電気的に接続し、次に基体101の上面に蓋体102を接合させ、基体101と蓋体102とから成る容器内部に光半導体素子103を収容し、最後に基体101に取着させた保持部材108に光ファイバ111を挿着することによって、最終製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、外部電気回路から供給される駆動信号に基づいて光半導体素子103に所定の光励起を起こさせ、励起光を透光性部材109を介し光ファイバ111に授受させるとともに光ファイバ111内を伝達させることによって高速通信等に使用される。
【００１３】
【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においては、透光性部材109を取着した保持部材108を基体101の側部の貫通孔101ｂにロウ付けする際、保持部材108が円板状であるため、基体101の側部に対し回転方向の位置合わせが困難である。回転方向の位置ズレが生じた場合、透光性部材109の傾斜方向が変化するため、光半導体素子103からの光を光ファイバ111に集光するのが困難になったり、集光の効率が低下するという問題点があった。
【００１４】
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、光ファイバへの光の結合効率および光信号の伝送効率を向上させることができる光半導体素子収納用パッケージとすることである。
【００１５】
【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、上側主面に光半導体素子を収容するための凹部が形成されているとともに該凹部から外側面にかけて貫通孔が形成されている基体と、前記貫通孔の外側面側開口の周囲に外周部がロウ付けされ、中央部に前記貫通孔内に突出した円筒部が形成されているとともに上端または下端が平坦面とされている略円板状の透光性部材の保持部材とを具備しており、該保持部材はその高さが前記基体の前記外側面の高さと略同じであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上記の構成により、基体の側部の貫通孔に正確な位置精度でかつ容易に保持部材を取り付けることができ、回転方向の位置も正確に合わせることができる。その結果、光半導体素子からの光を光ファイバに良好に集光できるため、光ファイバへの光の結合効率および光信号の伝送効率を向上させることができる。
【００１７】
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と、前記保持部材の前記円筒部の内側に接合された透光性部材と、前記基体の前記凹部に前記透光性部材に光学的に結合するように収容された光半導体素子と、前記基体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００１９】
【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パッケージについて実施の形態の例を示す断面図であり、図２は図１の光半導体パッケージの基体の側部に接合した保持部材を示し、（ａ）は実施の形態の例を示し側部の外面側からみた正面図であり、（ｂ）は実施の形態の他の例を示し側部の外面側からみた正面図である。
【００２０】
これらの図において、１は基体、２は蓋体、３は光半導体素子を示す。これら基体１と蓋体２とで、光半導体素子３を光半導体パッケージ内に収容する容器が基本的に構成される。
【００２１】
基体１は、その上側主面にＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子３を基台10を介して載置する凹部１ａを有し、凹部１ａの底面に光半導体素子３を半田等の接合材により上側主面に接合した基台10が接着剤、低融点ガラス、半田等を介して載置固定される。この基体１は、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）質焼結体等のセラミックスより成り、例えば、酸化アルミニウム，酸化珪素（ＳｉＯ2），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートと成し、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層し焼成することによって作製される。
【００２２】
また基体１は、凹部１ａの側面から基体１の外側面にかけて複数の配線層４が被着形成されており、配線層４の凹部１ａ内に露出する領域には光半導体素子３の電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続される。また、配線層４の基体１の外側面側の領域には外部電気回路と接続される外部リード端子（図示せず）が銀ロウ等のロウ材により取着されている。
【００２３】
この配線層４は、光半導体素子３の電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属粉末を用いたメタライズ層から成る。この配線層４は、例えばＷ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、基体１となるセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の凹部１ａの側面から基体１の外側面にかけて被着形成される。さらに配線層４は、その露出する表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属を１〜20μｍの厚みにメッキ法により被着させておくのがよく、配線層４の酸化腐蝕を有効に防止するとともに配線層４への外部リード端子のロウ付けを強固となすことができる。
【００２４】
さらに配線層４には、外部リード端子が銀ロウ等のロウ材を介して取着されており、外部リード端子は容器内部に収容する光半導体素子３の電極を外部電気回路に電気的に接続する作用を有する。外部リード端子を外部電気回路に接続することによって、容器内部に収容される光半導体素子３は配線層４および外部リード端子を介して外部電気回路に接続される。この外部リード端子は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るインゴットに圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。また外部リード端子は、その露出する表面にＮｉ，Ａｕ等の耐蝕性に優れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属を１〜20μｍの厚みにメッキ法により被着させておくのがよく、外部リード端子を外部電気回路に接続する際、その接続を確実で強固にすることができる。
【００２５】
本発明の光半導体パッケージは、基体１の貫通孔１ｂの外側面側開口の周囲に外周部がロウ付けされ、中央部に貫通孔１ｂ内に突出した円筒部が形成されているとともに上端または下端が平坦面とされている略円板状の透光性部材９の保持部材８を有しており、保持部材８はその高さが基体１の外側面の高さと略同じである。即ち、基体１の他の側部には貫通孔１ｂが形成されており、貫通孔１ｂには保持部材８の一主面の中央部に形成された円筒部が挿入されるとともに外周部がロウ付けされ、保持部材８の円筒部の内部には透光性部材９が取着されている。また、保持部材８の他の主面には、光ファイバ11の端部が挿着されたフランジ７が接合される。
【００２６】
基体１の側部の貫通孔１ｂは、例えば基体１となるセラミックグリーンシートに予め打ち抜き加工法により貫通孔を形成しておくことによって、または基体１の側部に孔あけ加工を施すことによって、基体１の側部に所定形状に形成される。また保持部材８は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴットを従来周知のプレス加工や切削加工により筒状とすることによって形成される。また貫通孔１ｂの外側面側開口の周囲には、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属粉末から成るメタライズ層およびＮｉメッキ層を順次被着し、そのメタライズ層上にＡｇロウを被着した後にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を順次被着する。次に、基体１へのロウ付けを確実、強固とするために、Ｎｉメッキ層およびＡｕメッキ層を外周部の接合部に順次被着した保持部材８を、半田またはＡｕ−Ｓｎ等から成る低融点ロウ材を介してロウ付けする。
【００２７】
保持部材８は、その内部に半球レンズ等から成る透光性部材９が取着されており、透光性部材９は保持部材８の内部を気密に塞ぎ、基体１と蓋体２とから成る容器の気密封止を保持する。また保持部材８は、その円筒部の内部空間を伝達する光半導体素子３からの光を、保持部材８にフランジ７を介して端部が接合された光ファイバ11に集光させ伝達する。
【００２８】
保持部材８は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、保持部材８の上端または下端に平坦面８ａが形成され、保持部材８の高さＸ１と基体１の外側面の高さＸ２が略同じである。この構成により、容易に正確な位置に保持部材８を基体１側部の貫通孔１ｂにロウ付けできる。つまり、保持部材８を基体１の側部にロウ付けする際、平坦面８ａを基体１の側部の上端または下端に合わせることで保持部材８の位置を予め正確かつ容易に決めることができる。次に、平坦面８ａと反対側の円弧状の部分を、回転可能な治具の円弧状部分に嵌め合わせて回転方向に回すことで、保持部材８の微小な回転ずれを保持部材８の中心をずらすことなく修正して最終的な位置合わせを行うことができる。
【００２９】
基体１の側部の正確な位置に保持部材８がロウ付けされることにより、光半導体素子３からの光を光ファイバ11に良好に集光できる。その結果、光ファイバ11への光の結合効率および光信号の伝送効率を向上させることができる。さらに、保持部材８の高さが基体１の外側面の高さと略同じであるので、それらの接合面積が増加し接合強度が向上するため、光半導体パッケージの気密性が向上する。
【００３０】
透光性部材９は、サファイア、ガラス等から成り、保持部材８への取着は、例えば透光性部材９の外周部に予めメタライズ層を被着しておき、そのメタライズ層と保持部材８とをＡｕ−Ｓｎ合金等のロウ材を介しロウ付けすることによって行われる。この場合、透光性部材９の保持部材８への取着がＡｕ−Ｓｎ合金等によるロウ付けにより行われることから、取着の信頼性が高いものとなり、これによって保持部材８と透光性部材９との取着部における光半導体素子３を収容する容器の気密封止が完全となる。その結果、容器内部に収容した光半導体素子３を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３１】
保持部材８は、その外側の主面に、光ファイバ11の端部に取着されているフランジ７がＹＡＧレーザ光等を使用して溶接される。これにより、光半導体素子３に光信号を伝達したり、光半導体素子３からの光信号を伝達する光ファイバ11が基体１に固定される。
【００３２】
蓋体２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、基体１の上面に接合される。これにより、基体１と蓋体２とから成る容器の内部に光半導体素子３が気密に封止される。この蓋体２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。
【００３３】
そして、基体１の凹部１ａの底面に光半導体素子３を載置固定するとともに光半導体素子３の電極をボンディングワイヤ５を介して配線層４に電気的に接続し、次に基体１の上面に蓋体２を接合させ、基体１と蓋体２とから成る容器の内部に光半導体素子３を収容し、最後に基体１に取着した保持部材８に光ファイバ11を挿着することによって、最終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駆動信号に基づいて光半導体素子３に所定の光励起を起こさせ、その光を透光性部材９を介して光ファイバ11に授受させるとともに光ファイバ11内を伝達させることによって、高速光通信等に使用される。
【００３４】
かくして、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、透光性部材９の保持部材８を基体１の正確な位置にロウ付けできることにより、光ファイバ11への光の結合効率および光信号の伝送効率が向上する。
【００３５】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、光ファイバ11で伝達された光を光半導体素子３が受光して電気信号に変換し、変換された電気信号を外部に取り出すようにしたものにも本発明は適用可能である。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に光半導体素子を収容するための凹部が形成されているとともに凹部から外側面にかけて貫通孔が形成されている基体と、貫通孔の外側面側開口の周囲に外周部がロウ付けされ、中央部に貫通孔内に突出した円筒部が形成されているとともに上端または下端が平坦面とされている略円板状の透光性部材の保持部材とを具備しており、保持部材はその高さが基体の外側面の高さと略同じであることにより、基体の側部の貫通孔に正確な位置精度でかつ容易に保持部材を取り付けることができ、回転方向の位置も正確に合わせることができる。その結果、光半導体素子からの光を光ファイバに良好に集光できるため、光ファイバへの光の結合効率および光信号の伝送効率を向上させることができる。
【００３７】
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と、保持部材の円筒部の内側に接合された透光性部材と、基体の凹部に透光性部材に光学的に結合するように収容された光半導体素子と、基体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】図１の光半導体素子収納用パッケージの基体側部に接合した保持部材を示し、（ａ）は実施の形態の例を示し側部外面側からみた正面図であり、（ｂ）は実施の形態の他の例を示し側部外面側からみた正面図である。
【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【図４】図３の光半導体素子収納用パッケージの基体側部に接合した保持部材を示し、側部外面側からみた正面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：凹部
１ｂ：貫通孔
２：蓋体
３：光半導体素子
８：光ファイバ保持部材
８ａ：平坦面
９：透光性部材
11：光ファイバ
【図１】
0003993777.tif 000002
【図２】
0003993777.tif 000003
【図３】
0003993777.tif 000004
【図４】
0003993777.tif 000005