JP2003243763A - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気密性が良好な小型軽量化された光半導体素
子収納用パッケージとするとともに、透光性部材を保持
部材に低融点ガラスで接合してから固定部材の端面に保
持部材の外周部を低融点ロウ材で接合する際に応力がか
かって透光性部材が外れたり気密が破れるという問題点
を解消すること。 【解決手段】 光ファイバ固定部材３は、中央部に全周
にわたって枠体２内側の径が枠体２外側よりも小さくな
るように段差部が形成されているとともに段差部から枠
体２側の部位が貫通孔２ａに嵌着されており、かつ内周
面と保持部材３ｃの円筒部の外周面との間の間隔が0.5
ｍｍ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を収
納する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に示す。
同図のように、光半導体パッケージは、上側主面にＬ
Ｄ，ＰＤ等の光半導体素子105が載置される載置部101ａ
を有する鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃ
ｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金から成
り、略四角形の板状体である基体101と、載置部101ａを
囲繞するようにして基体101上に銀ロウ等のロウ材を介
して取着され、光信号の授受を行うための貫通孔102ａ
を有する枠体102と、枠体102の上面に接合されて光半導
体素子105を気密封止する蓋体104とから主に構成されて
いる。

【０００３】また、枠体102の側部には、枠体102の貫通
孔102ａに嵌入接合された筒状の光ファイバ固定部材
（以下、固定部材ともいう）103が設けられている。ま
た、固定部材103には、その枠体102外側の端面に外周部
が接合されるとともに中央部に円筒部を有する透光性部
材103ａの保持部材103ｃが設けられている。保持部材10
3ｃの円筒部の内側に集光レンズ等用の透光性部材103ａ
が取着されている。さらに、枠体102の他の側部には貫
通孔または切欠きから成る入出力端子の取付部が形成さ
れており、光半導体素子105に駆動用の高周波信号を入
出力させるための入出力端子（セラミック端子）（図示
せず）が取り付けられている。その入出力端子は、枠体
102の内外を導通するメタライズ層から成る線路導体を
有し、その線路導体の枠体102外側の部位に外部リード
端子（図示せず）が接続されている。

【０００４】そして、基体102の載置部101ａに回路基板
等を搭載した基台108を介して光半導体素子105を接着固
定するとともに、光半導体素子105の各電極をボンディ
ングワイヤを介して入出力端子の線路導体に接続するこ
とにより外部リード端子に電気的に接続し、次に枠体10
2の上面に蓋体104を取着し、基体101と枠体102と蓋体10
4とから成る容器内部に光半導体素子105を収容し、最後
に固定部材103に、光ファイバ106の端部に取着されたス
テンレススチールから成るフランジ107をＹＡＧレーザ
光の照射によるレーザ溶接によって接合し、光ファイバ
106を固定部材103に固定することによって、製品として
の光半導体装置になる。

【０００５】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よって光半導体素子105に光を励起
させ、励起された光を光ファイバ106を介して外部に伝
達することによって高速光通信等に使用される。

【０００６】なお、このような光半導体パッケージは、
基体101や枠体102の表面に予め金（Ａｕ）メッキが施さ
れており、基体101と枠体102の酸化腐食を有効に防止す
るとともに、光半導体素子105を載置部101ａに強固に接
合することができる。

【０００７】

【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、固定部材103の外
径が枠体102内外で同一であるため、固定部材103の外径
を含めて枠体102が高くなり、光半導体パッケージの低
背化が困難であるという問題点があった。また、固定部
材103の外周部と枠体102との接合面積が小さいために気
密性が劣化し易いという問題があった。

【０００８】さらに、透光性部材103ａを保持部材103ｃ
の中央部の円筒部の内側に低融点ガラスで接合し、固定
部材103の枠体102外側の端面103ｂに保持部材103ｃの外
周部を低融点ロウ材で接合した際に、透光性部材103ａ
に近い円筒部の外周面にロウ材溜まりが生じ易くなる。
その結果、透光性部材103ａにロウ材溜まりを介して大
きな応力が加わり、透光性部材103ａが外れたり光半導
体パッケージ内の気密が破れるという問題点があった。

【０００９】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、光半導体パッケージの小
型軽量化ができ、かつ光半導体パッケージ内部の気密性
を良好にすることである。その結果、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信頼性の高い光
半導体装置を提供することである。

【００１０】

【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載置する
載置部を有する基体と、該基体の前記上側主面の外周部
に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔
が形成された枠体と、前記貫通孔に嵌着された円筒状の
光ファイバ固定部材と、該光ファイバ固定部材の前記枠
体外側の端面に外周部が接合されるとともに中央部に前
記枠体側に突出した円筒部が形成されている略円板状の
透光性部材の保持部材と、該保持部材の前記円筒部の内
周面に接合された透光性部材とを具備しており、前記光
ファイバ固定部材は、中央部に全周にわたって前記枠体
内側の径が前記枠体外側よりも小さくなるように段差部
が形成されているとともに該段差部から前記枠体側の部
位が前記貫通孔に嵌着されており、かつ内周面と前記保
持部材の前記円筒部の外周面との間の間隔が0.5ｍｍ以
上であることを特徴とする。

【００１１】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、光半導体素子収納用パッケージ
の小型軽量化ができ、かつ内部の気密性を良好にするこ
とができる。その結果、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ものとなる。また、透光性部
材を保持部材に低融点ガラスで接合してから光ファイバ
固定部材の端面に保持部材の外周部を低融点ロウ材で接
合する際に応力がかかって透光性部材が外れたり、光半
導体パッケージ内の気密が破れるという問題点を解消で
きる。さらに、保持部材の外周面と光ファイバの端部の
フランジとをＹＡＧレーザ溶接等で接合した際に発生す
る応力を低減できるため、透光性部材にクラックが発生
するのを抑えることができる。

【００１２】本発明の光半導体装置は、本発明の光半導
体パッケージと、前記載置部に前記透光性部材に光学的
に結合するように載置固定された光半導体素子と、前記
枠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。

【００１３】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
た信頼性が高く小型化されたものとなる。

【００１４】

【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の断面図、図２は図１の光半導体パ
ッケージにおける光ファイバ固定部材および保持部材を
示す部分拡大断面図である。図１に示すように、本発明
の光半導体パッケージは、上側主面にＬＤ，ＰＤ等の光
半導体素子５が載置される載置部１ａを有するＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金から成り、略四角形の板状
体である基体１と、載置部１ａを囲繞するように基体１
の上側主面に銀ロウ等のロウ材で取着され、光信号の授
受を行うための貫通孔２ａを有する枠体２とから主に構
成される。そして、枠体２の上面に光半導体素子５を気
密封止する蓋体４を接合することにより光半導体装置と
なる。

【００１５】枠体２の側部には、貫通孔２ａに嵌着接合
されるとともに、略円板状の保持部材３ｃの外周部が端
面３ｂに接合された円筒状の固定部材３が設けられてお
り、保持部材３ｃの中央部の円筒部の内側に集光レンズ
等用の透光性部材３ａが取着されている。また、枠体２
の他の側部には貫通孔または切欠きから成る入出力端子
の取付部に、光半導体素子５に駆動用の高周波信号を入
出力させるための入出力端子（セラミック端子）（図示
せず）が取り付けられている。その入出力端子は、枠体
２の内外を導通するメタライズ層から成る線路導体を有
し、その線路導体の枠体２外側の部位に外部リード端子
（図示せず）が接合されている。

【００１６】そして、基体１の載置部１ａに回路基板等
を搭載した基台８を介して光半導体素子５を接着固定す
るとともに、光半導体素子５の各電極をボンディングワ
イヤを介して入出力端子の線路導体に接続することによ
り外部リード端子に電気的に接続し、次に枠体２の上面
に蓋体４を取着し、基体１と枠体２と蓋体４とから成る
容器内部に光半導体素子５を収容する。

【００１７】本発明の基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、そのインゴット（塊）
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
施したり、射出成形と切削加工を施すことによって所定
形状に製作される。その上側主面の略中央部には、Ｌ
Ｄ，ＰＤ等の光半導体素子５を基台８を介して載置する
ための載置部１ａが設けられており、載置部１ａには、
光半導体素子５を半田等の接合材により上面に接合した
基台８が接着剤、低融点ガラス、半田等を介して載置固
定される。光半導体素子５は、その電極が入出力端子の
線路導体にボンディングワイヤ等を介して電気的に接続
されている。

【００１８】基体１は、その表面に耐蝕性に優れかつロ
ウ材の濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μ
ｍのＮｉ層と厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層を順次メッキ法
により被着させておくのがよく、基体１の酸化腐食を有
効に防止できる。

【００１９】また、基体１の上側主面の外周部には載置
部１ａを囲繞するようにして枠体２が立設されており、
枠体２は基体１とともにその内側に光半導体素子５を収
容する空所を形成する。枠体２は基体１と同様にＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等の金属から成り、
基体１と一体成形されることによって、または基体１に
銀ロウ等のロウ材を介してろう付けされたり、シーム溶
接法等の溶接法により接合されることによって、基体１
の上側主面の外周部に立設される。また枠体２は、その
表面に耐蝕性に優れかつロウ材の濡れ性に優れる金属、
具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さ0.5〜５μｍ
のＡｕ層を順次メッキ法により被着させておくのがよ
く、枠体２の酸化腐食を有効に防止できる。

【００２０】この枠体２の側部には入出力端子の取付部
が形成されており、この取付部には、光半導体素子５と
外部電気回路との高周波信号の入出力を行うとともに光
半導体パッケージ内外を気密に塞ぐ機能を有する入出力
端子が、これに形成されているメタライズ層を介して銀
ロウ等のロウ材で接合される。

【００２１】また、枠体２は他の側部に貫通孔２ａが設
けられており、貫通孔２ａに円筒状の固定部材３が嵌着
接合されている。この固定部材３は、外周面が銀ロウ等
のロウ材により気密に接合されており、光ファイバ６が
光半導体素子５と対向するようにフランジ７を介して接
合され、これにより光ファイバ６と光半導体素子５との
間で光信号の授受が行なわれる。この固定部材３は、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等から成り、枠体
２外側の端面３ｂに透光性部材３ａの保持部材３ｃが接
合され、保持部材３ｃの枠体２外側の主面にフランジ７
が固定される。保持部材３ｃは、Ａｕ−Ｓｎ（錫）合金
等から成る低融点ロウ材で接合される。

【００２２】固定部材３は、その表面に耐蝕性に優れか
つロウ材の濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜
９μｍのＮｉ層と厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層を順次メッ
キ法により被着させておくのがよく、固定部材３の酸化
腐食を有効に防止できる。また、保持部材３ｃの円筒部
の内側で枠体２内側の端部には、透光性部材３ａが低融
点ガラスを介して接合されている。この透光性部材３ａ
は、非晶質ガラスから成り、円筒部との接合部が低融点
ガラスで接合されている。また、透光性部材３ａの表面
で光半導体素子５の光軸を中心とした略円形の光透過部
には、透過する光信号の波長に合わせて厚さや屈折率が
適宜選択された反射防止膜が施されている。

【００２３】本発明の固定部材３は、その中央部に全周
にわたって枠体２内側の内外径が枠体２外側よりも小さ
くなるように段差部が形成されているとともに段差部か
ら枠体２側の部位が貫通孔２ａに嵌着されている。即
ち、固定部材３の開口径の大きさは、枠体２にロウ材を
介して嵌着接合されている部分で小さくなっている。こ
の構成により、枠体２の高さを低くして光半導体パッケ
ージを低背化することができ、小型軽量化につながる。
また、固定部材３が中央部に段差部を有していることに
より、固定部材３の外周面で枠体２と接触している部分
の面積（接合面積）が増加し、枠体２と固定部材３との
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。

【００２４】また、中央部に枠体２側に突出した円筒部
が形成されている略円板状の透光性部材３ａの保持部材
３ｃが、固定部材３の枠体２外側の端面に外周部が接合
されている。

【００２５】固定部材３の段差部の外径差は0.3〜４ｍ
ｍがよく、0.3ｍｍ未満では、枠体２の高さが従来とほ
とんど変わらなくなるため、光半導体パッケージを低背
化するのが困難になる。また、固定部材103の外周部と
枠体102との接合面積が小さくなるために気密性が劣化
し易くなる。４ｍｍを超えると、固定部材３の段差部と
枠体２との接合面積が大きくなるため枠体２を高くする
必要があり、光半導体パッケージを低背化するのが困難
になる。

【００２６】また、図２に示すように、保持部材３ｃの
円筒部の外周面と固定部材３の内周面との間の間隔Ｘは
0.5ｍｍ以上である。0.5ｍｍ未満では、透光性部材３ａ
を保持部材３ｃに低融点ガラスで接合した後、固定部材
３の端面３ｂに保持部材３ｃの外周部を低融点ロウ材で
接合する際に、保持部材３ｃの円筒部の外周面と固定部
材３の内周面との間にロウ材溜まりが形成されてこの隙
間がロウ材で埋まってしまい易くなる。すると、固定部
材３と保持部材３ｃと低融点ロウ材の熱膨張係数の違い
により発生した応力が透光性部材３ａに加わり、透光性
部材３ａが外れたり、透光性部材３ａにクラックが発生
する。その結果、光半導体パッケージ自体の気密性が破
れることになる。さらに、保持部材３ｃの外周面とフラ
ンジ７とをＹＡＧレーザ溶接等で接合した際に発生する
応力により、透光性部材３ａにクラックが発生し易くな
る。また間隔Ｘは３ｍｍ以下がよく、３ｍｍを超える
と、光半導体パッケージ自体の大型重量化につながり易
くなる。

【００２７】

【実施例】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実
施例を以下に説明する。

【００２８】先ず、図１の光半導体パッケージを以下の
工程［１］〜［６］のようにして作製した。

【００２９】［１］縦約13ｍｍ×横約30ｍｍ×厚さ約１
ｍｍのＣｕ−Ｗ合金から成る略四角形の基体１の上側主
面の外周部に、載置部１ａを囲むように、縦約13ｍｍ×
横約20ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る平面視形状
が略四角形の枠体２を銀ロウで接合した。なお、基体１
および枠体２の表面には厚さ約２μｍのＮｉメッキ層お
よび厚さ約0.5μｍのＡｕメッキ層が順次被着されてお
り、また枠体２の側部には入出力端子の取付部、その側
部に隣接する他の側部に円形の貫通孔２ａが形成されて
いる。

【００３０】［２］枠体２の入出力端子の取付部に、ア
ルミナセラミックスから成るとともに、枠体２内外を導
通するようにＭｏ−Ｍｎのメタライズ層上に厚さ約２μ
ｍのＮｉメッキ層および厚さ約0.5μｍのＡｕメッキ層
を順次被着して成る線路導体を形成した入出力端子を、
銀ロウで嵌着接合した。

【００３１】［３］枠体２の貫通孔２ａにＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金からなる円筒状の固定部材３を銀ロウで嵌着接
合した。その固定部材３は、中央部に全周にわたって枠
体２内側の径（外径３ｍｍ、内径2.5ｍｍ）が枠体２外
側の径（外径５ｍｍ、内径4.5ｍｍ）よりも小さくなる
ように段差部が形成されているとともに段差部から枠体
２側の部位が貫通孔２ａに嵌着されるようにした。次
に、固定部材３の枠体２外側の端面３ｂに、円筒部の内
側に非晶質ガラスから成る透光性部材３ａを低融点ガラ
スで接合した保持部材３ｃの外周部を、Ａｕ−Ｓｎ合金
ロウ材で接合した。なお、固定部材３の表面には、厚さ
約２μｍのＮｉメッキ層および厚さ約0.5μｍのＡｕメ
ッキ層を順次被着してある。

【００３２】［４］ＬＤである光半導体素子５を、載置
部１ａ上に接着されたアルミナセラミックスから成る基
台８の上面にＡｕ−Ｓｉロウ材で載置接合するととも
に、光半導体素子５の電極を入出力端子の線路導体の枠
体２内側にボンディングワイヤで接続した。

【００３３】［５］固定部材３の端面３ｂに接合された
保持部材３における枠体２外側の主面に、光ファイバ６
の一端部が樹脂接着剤で接着されたフランジ７を、ＹＡ
Ｇレーザ溶接で接合し、光半導体パッケージと成した。

【００３４】［６］枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金から成る蓋体４をシーム溶接法で接合し、光半導体装
置と成した。

【００３５】次に、上記工程［１］〜［６］によって作
製した光半導体装置について、円筒部の外周面と固定部
材３の内周面との間の間隔Ｘが0.3ｍｍ（サンプル
Ａ），0.4ｍｍ（サンプルＢ），0.5ｍｍ（サンプル
Ｃ），0.6ｍｍ（サンプルＤ），0.7ｍｍ（サンプルＥ）
である５種（各10個）の保持部材３ｃを用いた光半導体
装置を用意した。なお、固定部材３の段差部の外径差は
すべて２ｍｍとした。

【００３６】これらの光半導体装置について、Ｈｅリー
ク試験（ＭＩＬ−ＳＴＤ−883）による気密性を評価し
た。その結果、サンプルＨ〜Ｊは気密不良は皆無であっ
た。サンプルＦは10個中２個に気密不良が発生した。サ
ンプルＧは10個中１個に気密不良が発生した。

【００３７】また、図３の従来の固定部材103の外径は
５ｍｍ程度であり、光半導体パッケージの高さが10ｍｍ
程度であったのに対し、本実施例では枠体２内側の外径
が３ｍｍの固定部材３を用いることにより、光半導体パ
ッケージの高さが８ｍｍ程度となり、約20％低背化され
た。

【００３８】なお、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更を施すことは何ら差し支えない。

【００３９】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、光ファイバ固定部材が、中央部に全周にわたって枠
体内側の径が枠体外側よりも小さくなるように段差部が
形成されているとともに段差部から枠体側の部位が貫通
孔に嵌着されており、かつ内周面と保持部材の円筒部の
外周面との間の間隔が0.5ｍｍ以上であることにより、
光半導体素子収納用パッケージの小型軽量化ができ、か
つ内部の気密性を良好にすることができる。その結果、
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
るものとなる。また、透光性部材を保持部材に低融点ガ
ラスで接合してから光ファイバ固定部材の端面に保持部
材の外周部を低融点ロウ材で接合する際に応力がかかっ
て透光性部材が外れたり、光半導体素子収納用パッケー
ジ内の気密が破れるという問題点を解消できる。さら
に、保持部材の外周面と光ファイバの端部のフランジと
をＹＡＧレーザ溶接等で接合した際に発生する応力を低
減できるため、透光性部材にクラックが発生するのを抑
えることができる。

【００４０】本発明の光半導体装置は、本発明の光半導
体素子収納用パッケージと、載置部に透光性部材に光学
的に結合するように載置固定された光半導体素子と、枠
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
性が高く小型化されたものとなる。

【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における
光ファイバ固定部材および保持部材を示す部分拡大断面
図である。

【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージの例の断
面図である。

【符号の説明】

１：基体 １ａ：載置部 ２：枠体 ２ａ：貫通孔 ３：光ファイバ固定部材 ３ａ：透光性部材 ３ｂ：端面 ３ｃ：保持部材 ５：光半導体素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上側主面に光半導体素子を載置する載置
   部を有する基体と、該基体の前記上側主面の外周部に前
   記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔が形
   成された枠体と、前記貫通孔に嵌着された円筒状の光フ
   ァイバ固定部材と、該光ファイバ固定部材の前記枠体外
   側の端面に外周部が接合されるとともに中央部に前記枠
   体側に突出した円筒部が形成されている略円板状の透光
   性部材の保持部材と、該保持部材の前記円筒部の内周面
   に接合された透光性部材とを具備しており、前記光ファ
   イバ固定部材は、中央部に全周にわたって前記枠体内側
   の径が前記枠体外側よりも小さくなるように段差部が形
   成されているとともに該段差部から前記枠体側の部位が
   前記貫通孔に嵌着されており、かつ内周面と前記保持部
   材の前記円筒部の外周面との間の間隔が0.5ｍｍ以上で
   あることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
2. 【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、前記載置部に前記透光性部材に光学的に結合
   するように載置固定された光半導体素子と、前記枠体の
   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。