JP2003060279A - 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】 光半導体素子の気密性、光半導体素子と光フ
ァイバとの光の結合効率、光半導体素子と入出力端子と
の高周波伝送特性、光半導体素子の作動時における熱放
散性を良好とする。 【解決手段】 略直方体とされた光半導体パッケージの
基体２は、Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＺｒおよびＷのうちの少
なくとも一種を０．２〜１０重量部、銅を９０〜９９．
８重量部含有する金属成分ｎが含浸された炭素質母材ｍ
内に一方向性炭素繊維ｌの集合体が分散された金属炭素
複合体Ａから成る基材の表面に、基材側から、Ｆｅ，Ｆ
ｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る接着
層Ｘと、Ｍｏ層Ｙと、Ｃｕ層Ｚとが順次積層されて成る
金属層Ｂが被着されている。

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
容するための光半導体素子収納用パッケージ、およびそ
の光半導体素子収納用パッケージを用いた光半導体装置
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いう）を図３〜図５にそ
れぞれ平面図，断面図および部分拡大断面図で示す（特
開２０００−１５０７４６号公報参照）。

【０００３】この光半導体パッケージは、上面に光半導
体素子１０１がペルチェ素子等の熱電冷却素子１０５を
介して載置される載置部１０２ａを有するとともに、対
向する端部に貫通穴または切欠きから成るネジ取付部１
０２ｂを有する基体１０２を有する。また、基体１０２
の上面に載置部１０２ａを囲繞するように銀ロウ等のロ
ウ材で接合されるとともに、一側部に形成された光信号
の経路と成る貫通孔１０３ａと、他の側部に形成された
貫通開口または切欠き部から成る入出力端子取付部１０
３ｂが設けられた枠体１０３を有する。また、入出力端
子取付部１０３ｂに嵌着された入出力端子１０６を有し
ている。さらに、貫通孔１０３ａには、内周面に集光用
レンズとして機能する透光性部材１０８がロウ付けされ
るとともに光信号を光半導体パッケージ内外に伝送する
光ファイバ（図示せず）を固定する筒状の光ファイバ固
定部材１０７が嵌着されている。

【０００４】また、入出力端子１０６には、メタライズ
層１０６ａが枠体１０３を挿通するように形成されると
ともに、外部電気回路（図示せず）に接合されるリード
端子１０７が枠体１０３外側のメタライズ層１０６ａに
銀ロウ等のロウ材を介して接合される。

【０００５】また、シールリング１０４は、ほぼ面一と
なる枠体１０３上面と入出力端子１０６上面に銀ロウ等
のロウ材で接合され、光半導体パッケージに蓋体（図示
せず）をシーム溶接やロウ接合する際の接合媒体として
機能する。

【０００６】なお、基体１０２は、その上面側から下面
側にかけて一方向に配列した一方向性炭素繊維を炭素で
結合した一方向性炭素繊維複合材料から成る。その一方
向性炭素繊維複合材料は、横方向（一方向性炭素繊維の
方向に垂直な方向）の弾性率が非常に低く、かつ熱膨張
係数が約７ｐｐｍ／℃（×１０^-6／℃）であり、その上
下面に、クロム（Ｃｒ）−Ｆｅ合金層から成る第１層
と、銅（Ｃｕ）層から成る第２層と、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金層から成る第３層の３層構造を有する金属層が被着
されている。これにより、横方向の熱膨張係数を１０〜
１３ｐｐｍ／℃に調整している。

【０００７】また、基体１０２の縦方向（一方向性炭素
繊維の方向に平行な方向）の熱膨張係数は、一方向性炭
素繊維の方向の弾性率が非常に高いため、その弾性率は
高く、かつその熱膨張係数は一方向性炭素繊維の方向の
熱膨張係数（殆ど約０ｐｐｍ／℃）に近似したものとな
る。また、基体１０２は、縦方向の熱伝導率が約３００
Ｗ／ｍ・Ｋ以上と非常に高いのに対し、横方向の熱伝導
率は、それぞれの一方向性炭素繊維の間に非常に多くの
気孔を有しているため約３０Ｗ／ｍ・Ｋ以下と非常に低
く、縦方向と横方向とで熱伝導率が大きく異なってい
る。

【０００８】このような基体１０２は、ネジ取付部１０
２ｂを介して外部電気回路のヒートシンク部にネジ止め
されて密着固定されることにより、光半導体素子１０１
が作動時に発する熱を効率良くヒートシンク部に伝える
所謂放熱板としても機能する。

【０００９】そして、基体１０２を有する光半導体パッ
ケージに光半導体素子１０１を載置固定した後、光半導
体素子１０１とメタライズ層１０６ａとをボンディング
ワイヤ（図示せず）で電気的に接続し、蓋体により光半
導体素子１０１を気密に封止することにより、製品とし
ての光半導体装置となる。なお、光半導体素子１０１
は、外部電気回路から入力される高周波信号、または光
ファイバから入力される光信号により作動する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基体１
０２の上面に接合される枠体１０３が基体１０２の上面
の所定の位置に無い場合、即ち、枠体１０３の接合位置
がずれている場合、基体１０２と枠体１０３との間に隙
間ができて、光半導体素子１０１の気密性が損なわれる
という問題点があった。

【００１１】また、この場合、略直方体の光半導体素子
１０１の一側面を略四角形の基体１０２の端面に平行と
なるようにして光半導体素子１０１を載置部１０２ａに
載置固定した際、光半導体素子１０１と、枠体１０３の
一側部に対してほぼ垂直方向に伸びるように光ファイバ
固定部材１０７に固定される光ファイバとの光軸の調整
が非常に困難となる。即ち、光半導体素子１０１と光フ
ァイバとの光の結合効率が低くなるため、光半導体素子
１０１が誤作動する等の問題点を有していた。

【００１２】さらに、上記従来の構成では、光半導体素
子１０１の電極と入出力端子１０６のメタライズ層１０
６ａがボンディングワイヤで接続されるべき所定の位置
からずれるため、光半導体素子１０１と入出力端子１０
６との電気的接続を行うためのボンディングワイヤの長
さが非常に長くなる部位が生じる。このため、この部位
におけるインピーダンスが大きくなる。その結果、光半
導体素子１０１と入出力端子１０６との高周波信号の伝
送特性が劣化するという問題点があった。

【００１３】なお、このような問題点を解決する手段と
して、枠体１０３の側面を光半導体素子１０１に対する
アライメント面として、光半導体素子１０１の一側面を
枠体１０３の側面に平行となるように載置部１０２ａに
載置固定することも考えられる。しかし、枠体１０３を
基体１０２の上面に対して正確に垂直に設置することが
困難なため、基体１０２の上面に対して光ファイバが正
確に平行とはなり難い。また、そのような光軸がずれた
光ファイバを有する光半導体装置が多数ある場合、光フ
ァイバの光軸を外部電気回路上で個々に調整しようとす
ると、調整作業が非常に煩雑なものとなる。

【００１４】また、光半導体素子１０１が作動時に発す
る熱量が非常に大きい場合、その熱は、基体１０２上面
の熱電冷却素子１０５が接合されている接合部（載置部
１０２ａ）からほぼ直下のみにしか伝わらないことと、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る枠体１０３の熱伝導率
が約１７Ｗ／ｍ・Ｋであり基体１０２に比し非常に低い
ことから、熱は基体１０２と枠体１０３とで構成される
空所（内部空間）に蓄熱され、その結果光半導体素子１
０１の作動性を損なわせたり、光半導体素子１０１を熱
破壊させたりするといった問題点があった。

【００１５】この問題点を解決する手段として、熱電冷
却素子１０５を大型化し熱伝達の効率を向上させること
も考えられるが、この場合光半導体パッケージが大型化
し近時の小型化，軽量化といった動向から外れることに
なる。

【００１６】また、光半導体パッケージと外部電気回路
のヒートシンク部との密着固定を強固なものとし、ヒー
トシンク部への熱伝達効率を高めるために、ネジ取付部
１０２ｂをネジでヒートシンク部に高いトルクで締め付
けると、圧縮強度が金属に比べて桁違いに小さいネジ取
付部１０２ｂが厚さ方向に潰れてしまい、光半導体パッ
ケージとヒートシンク部との密着固定ができなくなる。
そのため、光半導体素子１０１の発する熱をヒートシン
ク部に良好に伝達できなくなり、光半導体素子１０１の
作動性を損なわせたり、光半導体素子１０１を熱破壊さ
せたりする等の問題点を有していた。

【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、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体
素子の気密性を確実なものとし、また光半導体素子と光
ファイバとの光の結合効率を良好なものとし、さらに光
半導体素子と入出力端子との高周波伝送特性を良好なも
のとすることである。また、光半導体素子の作動時に発
する熱を効率良く大気中やヒートシンク部に伝えること
により、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作
動させることである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体パッケ
ージは、略直方体とされ、上面に形成された凹部の底面
に光半導体素子を載置するための載置部および一側部か
ら前記凹部にかけて形成された貫通孔から成る光ファイ
バ固定部材取付部ならびに他の側部から前記凹部にかけ
て形成された貫通開口または切欠き部から成る入出力端
子取付部を有するとともに、対向する側壁の外面の下端
の外側に突出するように形成された張出部に貫通穴また
は切欠きから成るネジ取付部が設けられた基体と、前記
光ファイバ固定部材取付部に嵌着された筒状の光ファイ
バ固定部材と、前記入出力端子取付部に嵌着された入出
力端子とを具備した光半導体素子収納用パッケージにお
いて、前記基体は、銀，チタン，クロム，ジルコニウム
およびタングステンのうちの少なくとも一種を０．２〜
１０重量部、銅を９０〜９９．８重量部含有する金属成
分が含浸された炭素質母材内に一方向性炭素繊維の集合
体が分散された金属炭素複合体から成る基材の表面に、
前記基材側から鉄，鉄−ニッケル合金または鉄−ニッケ
ル−コバルト合金から成る接着層と、モリブデン層と、
銅層とが順次積層されて成る金属層が被着されているこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明は、上記の構成により、光半導体素
子の気密性、光半導体素子と光ファイバとの光の結合効
率、光半導体素子と入出力端子との高周波伝送特性、光
半導体素子の作動時に発する熱の伝達性、および基体の
剛性を良好なものとできる。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。

【００２０】本発明において、好ましくは、前記接着層
および前記モリブデン層は厚さが５〜３０μmであり、
前記銅層は厚さが１００〜７００μmであることを特徴
とする。

【００２１】本発明は、上記の構成により、光半導体素
子の作動時に発する熱の伝達性をより良好とできる。

【００２２】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、前記載置部に載置固定され前記入出力
端子に電気的に接続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。

【００２３】本発明は、このような構成により、上記本
発明の光半導体パッケージを用いた信頼性の高い光半導
体装置を提供できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の光半導体パッケージにつ
いて以下に詳細に説明する。図１，図２は本発明の光半
導体パッケージについて実施の形態の一例を示すもので
あり、図１は光半導体パッケージの断面図、図２は光半
導体パッケージの基体の部分拡大断面図である。

【００２５】図１において、１はＬＤ，ＰＤ等の光半導
体素子、２は金属炭素複合体Ａから成る基材の表面に金
属層Ｂが形成された基体、３は基体２の上面に接合され
たシールリング、４は基体２の取付部２ｄに嵌着された
入出力端子、６は基体２の貫通孔２ｃから成る光ファイ
バ固定部材取付部に嵌着された筒状の光ファイバ固定部
材（以下、固定部材という）である。これら基体２，シ
ールリング３，入出力端子４，固定部材６とで光半導体
素子１を内部に収容する容器が主に構成される。

【００２６】また、図２において、Ｂは金属層、ｌは一
方向性炭素繊維、ｍは炭素質母材、ｎは銀（Ａｇ），チ
タン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），ジルコニウム（Ｚ
ｒ），タングステン（Ｗ）のうちの少なくとも一種を
０．２〜１０重量部、銅（Ｃｕ）を９０〜９９．８重量
部含有する金属成分である。Ａは一方向性炭素繊維ｌ、
炭素質母材ｍ、金属成分ｎから成る金属炭素複合体であ
り、基体２は金属炭素複合体Ａから成る基材の表面に金
属層Ｂを被着して成る。

【００２７】図２に示すように、金属炭素複合体Ａは、
Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種を
０．２〜１０重量部、Ｃｕを９０〜９９．８重量部含有
する金属成分ｎが含浸された炭素質母材ｍ内に一方向性
炭素繊維ｌの集合体が分散されたものである。この金属
炭素複合体Ａは、例えば以下の工程［１］〜［７］のよ
うにして作製される。

【００２８】［１］一方向性炭素繊維の束を炭素で結合
したブロックを小さな炭素繊維の集合体に破砕し、破砕
された炭素繊維の集合体を集めて固体のピッチあるいは
コークス等の微粉末を分散させたフェノール樹脂等の熱
硬化性樹脂の溶液中に浸す。なお、ブロックを破砕して
得られる小塊の大きさは矩形のものに換算して一辺が約
０．１〜１ｍｍ程度である。

【００２９】［２］これを乾燥させて所定の圧力を加え
るとともに加熱して熱硬化性樹脂部分を硬化させる。

【００３０】［３］不活性雰囲気中、高温で焼成するこ
とでフェノール樹脂とピッチあるいはコークスの微粉末
を炭化させて炭素質母材ｍとする。炭素質母材ｍは、そ
れ自体２００〜３００Ｗ／ｍ・Ｋの大きな熱伝導率を有
し、光半導体素子１の発する熱の伝熱経路としても機能
する。

【００３１】［４］一方、溶融したＣｕの中に、Ａｇ，
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種を０．２
〜１０重量部含有することにより、互いに融解した液状
体を作製しておく。

【００３２】［５］次に、［４］で作製された、Ａｇ，
Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種を０．２
〜１０重量部、Ｃｕを９０〜９９．８重量部含有する金
属成分ｎ（液状体）を、炭素質母材ｍ内に高温高圧のも
とで含浸させたブロックとなす。含浸された金属成分ｎ
は塊状または薄板状であり、炭素質母材ｍ内に分散され
ることとなる。このブロックを板状に切り出して金属炭
素複合体Ａとなる板を作製し、この板の寸法は、例えば
厚さが０．５〜２ｍｍ程度、平視面における縦×横の寸
法が１００ｍｍ角程度である。

【００３３】［６］この板を所望の形状に加工して金属
炭素複合体Ａを作製する。

【００３４】［７］金属炭素複合体Ａの表面に金属層Ｂ
を被着する。

【００３５】本発明の金属炭素複合体Ａの熱膨張係数
は、金属成分ｎが含浸されていることにより、８〜１０
ｐｐｍ／℃となる。また、金属成分ｎが含浸されている
ことにより、炭素質母材ｍとの密着性が非常に良好なも
のとなる。そのため、光半導体素子１の作動時に発する
熱は基体２の内部を効率良く伝達し、外部電気回路のヒ
ートシンク部に確実に伝熱される。さらに、金属成分ｎ
が含浸されていることにより、金属炭素複合体Ａの剛性
が高くなり、光半導体パッケージをネジ取付部２ｂを介
して外部電気回路にネジ止めにより固定する場合、金属
炭素複合体Ａが潰れることなく強固に固定できる。その
ため、光半導体素子１の作動時に発する熱を外部電気回
路のヒートシンク部に確実に伝熱できる。

【００３６】なお、金属成分ｎは、その熱膨張係数が１
７〜２０ｐｐｍ／℃、熱伝導率が３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以
上、弾性率が８０ＧＰａ以上、融点が１０００℃以上と
なり、それらの諸特性は光半導体パッケージの製作上、
特性上好ましいものとなる。

【００３７】また、金属成分ｎがＡｇとＣｕから成る場
合、金属成分ｎと炭素質母材ｍとは、それらの間の濡れ
性が高いため密着性が非常に高くなる。また、金属成分
ｎがＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少なくとも一種とＣ
ｕとから成る場合、金属成分ｎと炭素質母材ｍとは、そ
れらの間でＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗの炭素化合物が生成さ
れるため密着性が非常に高くなる。

【００３８】Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗのうちの少な
くとも一種が０．２重量部未満の場合、濡れ性や炭素化
合物の生成が促進されないため、密着性が低下し、その
結果、光半導体素子１の作動時に発する熱は基体２の内
部を効率良く伝達し難くなる。一方、１０重量部を超え
る場合、同様に濡れ性や炭素化合物の生成が促進されな
いため、密着性が低下する。特にＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗ
の場合には、Ｃｕ中に融解され難くなり、熱伝導性の低
いＴｉ，Ｃｒ，Ｚｒ，ＷがＣｕ中および／またはＣｕ表
面に分散されることとなり、光半導体素子１の作動時に
発する熱は基体２の内部を効率良く伝達し難くなる。

【００３９】また、熱膨張係数について、金属成分ｎを
炭素質母材ｍ内に適当量（１０〜２０重量％程度）の含
有量で含浸させれば、金属炭素複合体Ａとしての熱膨張
係数が光半導体素子１と大幅に異なる程度に上昇するこ
とは無い。また、金属成分ｎのうち特にＡｇの場合は熱
伝導率が非常に高いため光半導体素子１の作動時に発す
る熱を伝えるのに有利である。また、金属炭素複合体Ａ
の弾性率は従来に比し高くなるため、金属成分ｎが基体
２の両端部をネジで外部電気回路基板等に締め付けた際
の補強材として機能し、基体２の破損を有効に防止す
る。

【００４０】また、金属成分ｎの融点は非常に高いた
め、光半導体パッケージを融点が７８０℃程度以上の銀
ロウ等のロウ材で組み立てても溶融されることが無く、
常に炭素質母材ｍ内を安定させておくことができる。な
お、ロウ付け時に溶融するような金属の場合は基体２の
端面から溶け出す場合があり、光半導体パッケージ用と
しては不適である。

【００４１】また、基体２は金属炭素複合体Ａから成る
基材の表面に金属層Ｂが被着されている。金属層Ｂは、
Ｆｅ，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から
成り、金属炭素複合体Ａとの接合を強固とする接着層Ｘ
と、金属炭素複合体Ａと金属層Ｂとの熱膨張係数を調整
するＭｏ層Ｙと、光半導体素子１が発する熱を効率良く
伝達するＣｕ層Ｚとから成る。接着層Ｘは、その成分で
あるＦｅ成分と金属炭素複合体Ａ中のカーボン（Ｃ）と
の拡散接合により、金属炭素複合体Ａと金属層Ｂとの接
合を強固とし得る。

【００４２】なお、従来の技術では接着層Ｘ（第１層）
はＣｒ−Ｆｅ合金から成るとしていたが、これは、第２
層（Ｃｕ層）が第１層の成分であるＣｒと第３層（Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ合金層）との相互拡散を有効に防止する、
所謂拡散防止層として機能することにより、第１層を正
常な状態、即ち空隙の無い緻密な状態に保持し、第１層
と金属炭素複合体Ａとの接合を良好なものとしていたた
めであった。

【００４３】しかしながら、光半導体素子１が発する熱
が非常に大きくなる場合、第２層の厚さを厚くしなけれ
ば金属炭素複合体Ａへの伝熱が低下してしまう。そのた
め、第２層の厚さを厚くして熱の伝達を良好なものとす
ることを試みた。しかし、第１層と第２層との熱膨張係
数差、および第２層と第３層との熱膨張係数差により、
第１層，第３層と第２層との接着性が損なわれ、光半導
体素子１が発する熱を効率良く金属炭素複合体Ａに伝達
できなかった。

【００４４】そこで、本発明者は、Ｍｏ層Ｙ（従来の第
２層）として拡散防止層（Ｃｕ層）を形成せずとも、接
着層Ｘ（従来の第１層）とＭｏ層Ｙとの接合が強固とな
るとともに接着層Ｘが正常な状態となるように、接着層
Ｘとして、Ｃｒを含有せず、かつ金属炭素複合体Ａとの
拡散接合が良好な金属、即ちＦｅ，Ｆｅ−Ｎｉ合金また
はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のいずれかを採用した。

【００４５】この接着層Ｘの厚さは５〜３０μm程度が
良く、５μm未満の場合、金属炭素複合体Ａにホットプ
レスにより熱を加えて接合した際、接着層Ｘに空隙（ボ
イド）等が発生し接合性が劣化し、光半導体素子１が発
する熱を効率良く金属層Ｂから金属炭素複合体Ａに伝え
難くなる。一方、３０μmを超えると、接着層Ｘと金属
炭素複合体Ａとの熱膨張係数差によって発生する熱応力
により、接着層Ｘと金属炭素複合体Ａとの接合性が劣化
し、光半導体素子１が発する熱を効率良く金属層Ｂから
金属炭素複合体Ａに伝え難くなる。

【００４６】また、Ｍｏ層Ｙは、接着層Ｘとの接合の際
にＭｏが接着層Ｘならびに金属炭素複合体Ａに拡散する
ことにより接合が強固なものとなる。即ち、従来のよう
に拡散防止層としてのＣｕ層が存在しないため、Ｍｏの
接着層Ｘや金属炭素複合体Ａへの拡散が促進され接合が
強固となる。また、前述のように接着層ＸはＣｒ成分を
含有していないため、Ｍｏ層Ｙ中に接着層ＸのＣｒ成分
が拡散することはなく、接着層Ｘに空隙等を発生させる
ことはない。そのため、接着層Ｘと金属炭素複合体Ａと
の接合性が劣化することはない。

【００４７】また、Ｍｏ層Ｙは剛性が高く、かつ熱膨張
係数が約５ｐｐｍ／℃程度であるため、接着層ＸとＣｕ
層Ｚとの中間媒体、具体的には熱膨張係数の調整層とし
て機能する。

【００４８】このＭｏ層Ｙの厚さは５〜３０μm程度が
良く、５μm未満の場合、薄すぎるため熱膨張係数の調
整層としての機能が低下する。その結果、基体２に接合
される入出力端子４等との間で熱膨張係数差が生じ、基
体２または入出力端子４等にクラック等が発生し、光半
導体パッケージ内部の気密性が劣化する。一方、３０μ
mを超えると、熱膨張係数の調整層としての機能が低下
するとともに、熱伝導率がそれほど高くないため光半導
体素子１が発する熱を効率良く金属炭素複合体Ａに伝達
し難くなる。

【００４９】Ｍｏ層Ｙの上面に接合されるＣｕ層Ｚは、
熱伝導率が非常に高いＣｕから成り、光半導体素子１が
発する熱を効率良く載置部２ａから面方向（横方向）に
伝え、金属炭素複合体Ａの全面に伝熱する。Ｃｕ層Ｚと
Ｍｏ層Ｙとの接合は、Ｍｏ層ＹのＭｏがＣｕ層Ｚに拡散
することにより強固に行なわれる。即ち、Ｍｏ層ＹのＭ
ｏは、接着層Ｘ，金属炭素複合体Ａ，Ｃｕ層Ｚに拡散さ
れることになり、熱膨張係数調整層としての機能以外
に、接着層Ｘ，金属炭素複合体Ａ，Ｃｕ層Ｚ間を強固に
接着する接合媒体としての機能も有する。

【００５０】Ｃｕ層Ｚの厚さは１００〜７００μm程度
が良く、１００μm未満では、厚さが薄いため光半導体
素子１が発する熱を効率良く外部に伝達できない場合が
ある。７００μmを超えると、Ｍｏ層ＹとＣｕ層Ｚとの
間の熱膨張係数差による熱応力により、それらの間で熱
歪みが発生し剥がれる場合があり、光半導体素子１が発
する熱を効率良く伝達し難くなる。本発明者は、好まし
くはＣｕ層Ｚの厚さが１００〜７００μm、より好まし
くは３００〜７００μmであれば、光半導体素子１が発
する熱を十分に金属炭素複合体Ａに伝達できることを確
認した。

【００５１】また、金属層Ｂの金属炭素複合体Ａへの接
合は、例えば、金属炭素複合体Ａの表面に厚さがそれぞ
れ１０μm程度のＦｅ箔から成る接着層ＸとＭｏ箔から
成るＭｏ層Ｙを順次載置し、Ｍｏ層Ｙの上面に厚さが５
００μm程度のＣｕ箔から成るＣｕ層Ｚを載置し、次に
真空ホットプレスで５ＭＰａ（メガパスカル）の圧力を
かけつつ１２００℃程度の温度を１時間加えることによ
りなされる。

【００５２】この金属層Ｂは、基材の表面に露出してい
る一方向性炭素繊維ｌの気孔を完全に被覆し、光半導体
パッケージ内部の気密性を保持する機能を有するととも
に、光半導体素子１の作動時に発する熱を横方向（載置
部２ａの面方向）に伝える所謂伝熱媒体として機能す
る。

【００５３】また、金属層Ｂは、光半導体パッケージ内
部の気密性をヘリウム（Ｈｅ）を使用して検査した際、
Ｈｅの一部が一方向性炭素繊維ｌの気孔中にトラップさ
れるのを有効に防止し、その結果検査に対して適格な光
半導体パッケージとし得る。更に、金属層Ｂは、光半導
体素子１が作動時に発する熱を、光半導体素子１が載置
されている載置部２ａから金属層Ｂに沿って横方向に伝
えることによって、光半導体パッケージ内部全域から光
半導体パッケージ外部全域（ヒートシンク部と大気中）
へと効率良く熱を放散させ得る。

【００５４】また、本発明においては、従来構成では載
置部２ａを囲繞する枠体（側壁部）となる部位も、載置
部２ａを有する部位と全く同一の材質で構成されている
ため、光半導体素子１の発する熱が載置部２ａの周辺部
から載置部２ａを囲繞する側壁部に伝わっても、側壁部
から効率良く外部（大気中）に放散される。即ち、光半
導体素子１が作動時に発する熱量が非常に大きい場合で
あっても、載置部２ａを有する部位（底部）から載置部
２ａを囲繞する側壁部を介して大気中に伝わる経路と、
載置部２ａを有する部位からその下方のヒートシンク部
に伝わる経路との２経路により、効率良く熱を放散させ
得る。

【００５５】具体的には、基体２は、光半導体素子１の
載置部２ａに垂直な方向および水平な方向のいずれにお
いても３５０〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率が得ら
れる。その結果、光半導体素子１の作動時に発する熱量
が非常に大きい場合であっても、その熱は載置部２ａの
部位から側壁部にランダムな経路で効率良く伝わり、最
終的に大気中に伝わる経路と、載置部２ａの部位からラ
ンダムな経路でヒートシンク部に伝わる経路との２経路
により、効率良く熱を放散させ得る。

【００５６】また、載置部２ａの部位と載置部２ａを囲
繞する側壁部とが一体的に作製されているため、従来の
ようにそれらの間に隙間ができて光半導体素子１の気密
性が損なわれるという懸念が全く無い。また、上記のよ
うに一体的に作製されているため、略直方体の光半導体
素子１の光入出力端面が側壁部の一側面に平行となるよ
うに載置部２ａに光半導体素子１を載置固定すると、光
半導体素子１と、側壁部の一側面にほぼ垂直に伸びるよ
うに固定部材６に固定される光ファイバ７との光軸調整
が非常に容易になる。即ち、光半導体素子１の光入出力
端面と側壁部の一側面とが常に平行となるため、光半導
体素子１と光ファイバ７との光の結合効率を常に良好と
し得る。

【００５７】さらに、本発明では、基体２の底部と側壁
部とが一体化されているため底部と側壁部とが位置ずれ
を起こすことがない。その結果、光半導体素子１の電極
は入出力端子４のメタライズ層４ａに対して、常に接続
されるべき所定位置にあるため、それらを電気的に接続
するボンディングワイヤの長さを極端に長くしなければ
ならない部位が発生しなくなる。従って、ボンディング
ワイヤの長さをいずれの部位においても常に一定とで
き、インピーダンスが常に一定となる光半導体素子１と
なる。そのため、光半導体素子１と入出力端子４との高
周波信号の伝送特性が常に良好となる。

【００５８】基体２の側壁の一側部には、光信号の経路
となる貫通孔２ｃが形成されるとともに、側壁の他の側
部には、外部電気回路と高周波信号の入出力を行う入出
力端子４を嵌着するための貫通開口または切欠き部から
成る入出力端子取付部２ｄが形成される。貫通孔２ｃの
内周面または貫通孔２ｃの基体２の外面側開口の周辺部
には、光ファイバ７を挿通し樹脂接着剤等で接着したホ
ルダー８を固定するための固定部材６が、銀ロウ等のロ
ウ材で接合される。固定部材６はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成り、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金から成る場合、この合金のインゴットに圧延加
工やプレス加工等の金属加工を施すことにより所定の形
状に作製される。また、その表面には酸化腐食を有効に
防止するために、０．５〜９μmのＮｉ層や０．５〜５
μmのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被着させてお
くと良い。

【００５９】なお、固定部材６の内周面には、集光レン
ズとして機能するとともに光半導体パッケージの内部を
塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材９が、その接合
部の表面に形成されたメタライズ層を介して、２００〜
４００℃の融点を有するＡｕ−Ｓｎ合金等の低融点ロウ
材で接合される。この透光性部材９は、熱膨張係数が４
〜１２ｐｐｍ／℃（室温〜４００℃）のサファイア（単
結晶アルミナ）や非晶質ガラス等から成り、球状，半球
状，凸レンズ状，ロッドレンズ状等の形状とされる。そ
して、光ファイバ７を伝わってきた外部のレーザ光等の
光を光半導体素子１に入力させる、または光半導体素子
１で出力したレーザ光等の光を光ファイバ７に入力させ
るための集光用部材として用いられる。透光性部材９
が、例えば結晶軸の存在しない非晶質ガラスの場合、酸
化珪素（ＳｉＯ₂），酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とする
鉛系、またはホウ酸やケイ砂を主成分とするホウケイ酸
系のものを用いる。

【００６０】また、透光性部材９は、その熱膨張係数が
基体２のそれと異なっていても、固定部材６が熱膨張差
による応力を吸収し緩和するので、結晶軸が応力のため
にある方向に揃うことにより光の屈折率の変化を起こす
ようなことは発生しにくい。従って、このような透光性
部材９を用いることにより、光半導体素子１と光ファイ
バ７との間の光の結合効率を高くできる。

【００６１】また、ホルダー８は、固定部材６にＹＡＧ
レーザ溶接等で接合されるため、固定部材６と同様に金
属材料から成る方が良い。更には、ホルダー８の熱膨張
係数は、光半導体素子１と光ファイバ７との光軸がずれ
ることが無いように、固定部材６と同様の材質であるこ
とが良い。従って、ホルダー８の材料は、固定部材６が
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金であればＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金が
良く、固定部材６がＦｅ−Ｎｉ合金であればＦｅ−Ｎｉ
合金であることが良い。

【００６２】また、入出力端子取付部２ｄには、その内
周面に入出力端子４が金属層Ｂを介してＡｇロウ等のロ
ウ材で嵌着接合されている。この入出力端子４は、絶縁
性のセラミック基板に導電性のメタライズ層４ａが被着
された平板部と、メタライズ層４ａを間に挟んで平板部
上面に接合された立壁部とから成り、光半導体パッケー
ジ内部の気密性を保持する機能を有するとともに、光半
導体パッケージと外部電気回路との高周波信号の入出力
を行う機能を有する。なお、セラミック基板の材料は、
誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて、アルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラ
ミックス等のセラミックス材料から選択すればよい。

【００６３】入出力端子４は、セラミック基板となる原
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形成されたセラミッ
クグリーンシートに、メタライズ層４ａとなるＷ，Ｍ
ｏ，マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加
混合して得た金属ペーストを、従来周知のスクリーン印
刷法により所望のパターン形状に印刷塗布し、約１６０
０℃の高温で同時焼結することにより作製される。

【００６４】また、メタライズ層４ａ上面には、入出力
端子４との接合を強固なものとするために熱膨張係数が
入出力端子４のセラミック基板に近似した部材から成る
リード端子（図示せず）が銀ロウ等のロウ材で接合され
る。例えば入出力端子４のセラミック基板がＡｌ₂Ｏ₃セ
ラミックスから成る場合、リード端子はＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金から成る。

【００６５】このような入出力端子４，固定部材６が嵌
着接合された基体２上面には、蓋体５をシーム溶接やＡ
ｕ−Ｓｎロウで接合するための接合媒体として機能す
る、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属か
ら成るシールリング３が、Ａｇロウ等のロウ材で接合さ
れる。シールリング３は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
から成る場合、この合金のインゴットに圧延加工やプレ
ス加工等の金属加工を施すことにより所定の形状に製作
される。また、その表面には酸化腐食を有効に防止する
ために、０．５〜９μｍのＮｉ層や０．５〜５μｍのＡ
ｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良
い。

【００６６】また、シールリング３の上面には、Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等から成る金属製の蓋
体５、またはＡｌ₂Ｏ₃セラミックス，ＡｌＮセラミック
ス等から成るセラミックス製の蓋体５が接合され、蓋体
５により光半導体素子１を光半導体パッケージ内部に気
密に封止する。

【００６７】このように、本発明の光半導体パッケージ
は、略直方体とされ、上面に形成された凹部の底面に光
半導体素子１を載置するための載置部２ａおよび一側部
から凹部にかけて形成された貫通孔２ｃから成る光ファ
イバ固定部材取付部ならびに他の側部から凹部にかけて
形成された貫通開口または切欠き部から成る入出力端子
取付部２ｄを有するとともに、対向する側壁の外面の下
端の外側に突出するように形成された張出部に貫通穴ま
たは切欠きから成るネジ取付部２ｂが設けられた基体２
と、光ファイバ固定部材取付部２ｃに嵌着された筒状の
固定部材６と、入出力端子取付部２ｄに嵌着された入出
力端子４とを具備する。

【００６８】そして、基体２は、Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｚ
ｒおよびＷのうちの少なくとも一種を０．２〜１０重量
部、Ｃｕを９０〜９９．８重量部含有する金属成分ｎが
含浸された炭素質母材ｍ内に一方向性炭素繊維ｌの集合
体が分散された金属炭素複合体Ａから成る基材の表面
に、基材側からＦｅ，Ｆｅ−Ｎｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金から成る接着層Ｘと、Ｍｏ層Ｙと、Ｃｕ層Ｚ
とが順次積層されて成る金属層Ｂが被着されていること
を特徴とする。

【００６９】また、上記本発明の光半導体パッケージ
と、載置部２ａに載置固定され入出力端子４に電気的に
接続された光半導体素子１と、基体２の上面に接合され
た蓋体５とを具備することにより、製品としての光半導
体装置となる。なお、固定部材６に端部が挿着される光
ファイバ７は、一般に光半導体装置の使用時に設けられ
るが、単品としての光半導体装置に付加されていてもよ
く、または光半導体装置が外部電気回路等に固定されて
使用される際に取り付けるようにしてもよい。

【００７０】光半導体装置は、具体的には、載置部２ａ
に光半導体素子１をガラス，樹脂，ロウ材等の接着剤を
介して接着固定するとともに光半導体素子１の電極をボ
ンディングワイヤを介して所定のメタライズ層４ａに電
気的に接続し、しかる後、シールリング３上面に蓋体５
をガラス，樹脂，ロウ材，シーム溶接等により接合する
ことにより、基体２，シールリング３，入出力端子４，
蓋体５，固定部材６，透光性部材９から成る光半導体パ
ッケージ内部に光半導体素子１を収納した製品としての
光半導体装置となる。

【００７１】このような光半導体装置は、例えば外部電
気回路から供給される高周波信号により光半導体素子１
を光励起させ、励起したレーザ光等の光を透光性部材９
を通して光ファイバ７に授受させるとともに光ファイバ
７内を伝送させることにより、大容量の情報を高速に伝
送できる光電変換装置として機能し、光通信分野等に用
いられる。

【００７２】なお、本発明は上記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において種々の変
更を行うことは何等支障ない。例えば、光半導体装置
は、内部または外部に、例えば固定部材６の基体２内側
または外側に、あるいは基体２外側の光ファイバ７の途
中に、戻り光防止用の光アイソレータを設けても良い。
この場合、光半導体素子１と光ファイバ７との光の結合
効率がさらに良好なものとなる。

【００７３】

【発明の効果】本発明は、略直方体とされ、上面に形成
された凹部の底面に光半導体素子を載置する載置部を有
する基体は、銀，チタン，クロム，ジルコニウムおよび
タングステンのうちの少なくとも一種を０．２〜１０重
量部、銅を９０〜９９．８重量部含有する金属成分が含
浸された炭素質母材内に一方向性炭素繊維の集合体が分
散された金属炭素複合体から成る基材の表面に、基材側
から鉄，鉄−ニッケル合金または鉄−ニッケル−コバル
ト合金から成る接着層と、モリブデン層と、銅層とが順
次積層されて成る金属層が被着されていることにより、
光半導体素子の気密性、光半導体素子と光ファイバとの
光の結合効率、光半導体素子と入出力端子との高周波伝
送特性、および光半導体素子の作動時の熱放散性を非常
に良好とし得るという作用効果を有する。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。

【００７４】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、載置部に載置固定され入出力端子に電
気的に接続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、上記本発明の作用効
果を有する光半導体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】本発明の光半導体パッケージについて実施の形
態の一例を示す断面図である。

【図２】図１の光半導体パッケージにおける基体の部分
拡大断面図である。

【図３】従来の光半導体パッケージの平面図である。

【図４】図３の光半導体パッケージの断面図である。

【図５】図３の光半導体パッケージにおける基体の部分
拡大断面図である。

【符号の説明】

１：光半導体素子 ２：基体 ２ａ：載置部 ２ｂ：ネジ取付部 ２ｃ：貫通孔 ２ｄ：入出力端子取付部 ４：入出力端子 ５：蓋体 ６：光ファイバ固定部材 ｌ：一方向性炭素繊維 ｍ：炭素質母材 ｎ：金属成分 Ａ：金属炭素複合体 Ｘ：接着層 Ｙ：Ｍｏ層 Ｚ：Ｃｕ層 Ｂ：金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA03 BA12 DA03 DA04 DA05 DA06 DA15 DA36 5F073 AB27 AB28 BA02 EA29 FA15 FA27 5F088 AA01 BA15 BA16 BA20 BB01 JA03 JA10 JA12 JA14 JA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略直方体とされ、上面に形成された凹部
   の底面に光半導体素子を載置するための載置部および一
   側部から前記凹部にかけて形成された貫通孔から成る光
   ファイバ固定部材取付部ならびに他の側部から前記凹部
   にかけて形成された貫通開口または切欠き部から成る入
   出力端子取付部を有するとともに、対向する側壁の外面
   の下端の外側に突出するように形成された張出部に貫通
   穴または切欠きから成るネジ取付部が設けられた基体
   と、前記光ファイバ固定部材取付部に嵌着された筒状の
   光ファイバ固定部材と、前記入出力端子取付部に嵌着さ
   れた入出力端子とを具備した光半導体素子収納用パッケ
   ージにおいて、前記基体は、銀，チタン，クロム，ジル
   コニウムおよびタングステンのうちの少なくとも一種を
   ０．２〜１０重量部、銅を９０〜９９．８重量部含有す
   る金属成分が含浸された炭素質母材内に一方向性炭素繊
   維の集合体が分散された金属炭素複合体から成る基材の
   表面に、前記基材側から鉄，鉄−ニッケル合金または鉄
   −ニッケル−コバルト合金から成る接着層と、モリブデ
   ン層と、銅層とが順次積層されて成る金属層が被着され
   てい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】 前記接着層および前記モリブデン層は厚
   さが５〜３０μmであり、前記銅層は厚さが１００〜７
   ００μmであることを特徴とする請求項１記載の光半導
   体素子収納用パッケージ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の光半導体素子収納用パッ
   ケージと、前記載置部に載置固定され前記入出力端子に
   電気的に接続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。