JP2003069127A - 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】 光半導体素子の作動性が良好で、且つ光半導体パッケー
ジ内部の気密性が安定した、小型軽量の光半導体パッケ
ージを提供すること。 【解決手段】 基体１の厚さは０．１〜０．５ｍｍであ
り、キャリア基板６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６ａを基材と
し、その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Ｘ
と、モリブデン層Ｙと、銅層Ｚとが順次積層されて成る
金属層６ｂ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４，図５にそ
れぞれ斜視図，断面図で示す（特開２００１−１４４３
６１号公報参照）。この光半導体パッケージは、上面に
光半導体素子１５が異方性高熱伝導板１６（面方向の熱
伝導率が２５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上）を介して載置される載
置部１１ａを有するとともに、厚さが０．１〜０．５ｍ
ｍの基体１１と、この基体１１の表面に載置部１１ａを
囲繞するように接合され、光ファイバを保持する筒状の
光ファイバ固定部材１３を有する金属製の枠体１２と、
光ファイバ固定部材１３に設けられたウインドウ１４と
を具備している。

【０００３】基体１１の上記厚さは、光半導体パッケー
ジの気密性がヘリウム（Ｈｅ）ガスのリーク量で１×１
０^-8ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以下に保持され、且つロウ付
け時の熱応力や基体１１をベース板（外部電気回路基
板）にネジ止めするときの機械的応力で変形しない範囲
で薄くしている。従って、光半導体パッケージの低背化
による小型化を可能としている。

【０００４】また、異方性高熱伝導板１６は、面方向で
５００Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ方向で８０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導
率を有する炭素（Ｃ）−黒鉛（Ｃ）繊維複合板、または
面方向で３００Ｗ／ｍ・Ｋ、厚さ方向で１００Ｗ／ｍ・
Ｋの熱伝導率を有する銅（Ｃｕ）−黒鉛繊維複合板から
成り、さらに基体１１の厚さを薄くしたことにより、光
半導体素子１５が作動時に発する熱を効率良く、外部電
気回路基板に伝達できる。また、異方性高熱伝導板１６
の面方向の熱膨張係数はいずれも５〜１０ｐｐｍ／℃で
あり、基体１１の熱膨張係数に近似していることから、
基体１１と異方性高熱伝導板１６との熱歪みは小さく、
従ってそれらの接合を強固なものとできる。

【０００５】また、基体１１の厚さが薄いため、異方性
高熱伝導板１６は基体１１の反り変形を防止する適度な
補強板としても機能する。即ち、異方性高熱伝導板１６
は、光半導体素子１５が搭載される部位を含み、且つ枠
体１２に囲繞された基体１１の上面の面積の５０％以上
の部位に接合されていることから補強効果を有する。さ
らには、枠体１２の基体１１と接する部分をリブ構造と
することによっても補強し得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例において、異方性高熱伝導板１６は面方向の熱伝導
率は小さくはないため、光半導体素子１５が作動時に発
する熱を面方向に効率良く伝達できるが、厚さ方向の熱
伝導率は８０〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ程度と小さいため、光
半導体素子１５が作動時に発する熱量が大きくなると厚
さ方向への熱の伝達効率が低下する。そのため、基体１
１から外部電気回路基板への熱の伝達が損なわれ、異方
性高熱伝導板１６に内在した熱により光半導体素子１５
も高温となり、光半導体素子１５が誤作動を起こしたり
熱破壊する等の問題点を有していた。

【０００７】また、異方性高熱伝導板１６に内在した熱
により基体１１と異方性高熱伝導板１６との温度差が大
きくなるため、たとえ異方性高熱伝導板１６を補強板と
して機能させようとしたり、枠体１２の基体１１と接す
る部分をリブ構造としても、異方性高熱伝導板１６自体
が反り変形を起こし、また基体１１の厚さが薄いことか
ら、基体１１も同様に反り変形を起こす。そのため、光
半導体素子１５と光ファイバとの光軸がずれてそれらの
光結合効率が低下し、光半導体素子１５の作動性が低下
するという問題点を有していた。

【０００８】また、光半導体パッケージ内部の気密性検
査は、内部にＨｅガスを充満させてリーク量を測定する
ことにより行われるが、異方性高熱伝導板１６は一般的
に気孔率が高い。そのため、Ｈｅガスが異方性高熱伝導
板１６にトラップされる場合がある。即ち、Ｈｅガスが
炭素と黒鉛繊維との間や、黒鉛繊維間にトラップされる
場合がある。その結果、たとえ気密性の良好な光半導体
パッケージであっても、あたかも気密性の不良な不良品
として誤って判定してしまう場合があるという問題点を
有していた。

【０００９】このような問題点を解決するために、異方
性高熱伝導板１６として、熱伝導率が面方向のみならず
厚さ方向も２５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度であり、且つ表面に気
孔の無い緻密なＣｕ−タングステン（Ｗ）合金等から成
るものを使用することが考えられるが、比重が大きいた
め光半導体パッケージ自体が重くなる。そのため、近時
の光半導体パッケージの軽量化といった動向から外れる
こととなる。

【００１０】なお、異方性高熱伝導板１６は光半導体素
子１５を支持する基板、所謂キャリア基板としても機能
する。

【００１１】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、熱伝導率が面方向のみな
らず厚さ方向でも高く、且つ表面に気孔の無い緻密なキ
ャリア基板を用いることにより、光半導体素子の作動性
が良好で、且つ光半導体パッケージ内部の気密性検査に
対して適格であり、さらに小型軽量の光半導体パッケー
ジを提供することにある。

【００１２】

【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、上面に光半導体素子がキャリア基板を介して載
置される載置部を有する略直方体の基体と、該基体の上
面に前記載置部を囲繞するように接合され、一側部に貫
通孔から成る光ファイバ固定部材取付部、他の側部に切
欠きまたは貫通穴から成る入出力端子取付部が形成され
た枠体と、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、前記基体の厚さは０．１〜０．５
ｍｍであり、前記キャリア基板は、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を基材
とし、該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。

【００１３】本発明は、上記の構成により、光半導体素
子が搭載されるキャリア基板が熱伝導率が面方向のみな
らず厚さ方向でも高く、且つ表面に気孔の無い緻密なも
のとなることから、光半導体素子の作動性を良好とで
き、また光半導体パッケージ内部の気密性も安定的に保
持されたものとなる。

【００１４】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の厚さは５〜３０μｍであり、
前記銅層の厚さは１００〜７００μｍであることを特徴
とする。

【００１５】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。

【００１６】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るとともに入出
力端子に電気的に接続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を特徴とする。

【００１７】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。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の光半導体パッケージを以
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斜視図、図２は光半導
体パッケージの断面図、図３は光半導体パッケージのキ
ャリア基板の部分拡大断面図である。

【００１９】図１，図２において、１は基体、２は枠
体、３は光ファイバ固定部材（以下、固定部材とい
う）、４はウインドウ、５は光半導体素子、６はキャリ
ア基板、７は入出力端子である。基体１，枠体２，固定
部材３，ウインドウ４，入出力端子７とで、光半導体素
子５，キャリア基板６を内部に収容する容器が主に構成
される。

【００２０】本発明の基体１は、Ｃｕ−Ｗ合金，Ｆｅ−
Ｎｉ合金，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成
り、その上面の載置部１ａに光半導体素子５がキャリア
基板６を介して載置固定される所謂支持基板として機能
する。また、基体１は、光半導体素子５が作動時に発す
る熱を効率良く外部電気回路基板（図示せず）に伝達す
る所謂放熱板としても機能する。さらに、基体１の対向
する端部にはネジ穴１ｂが形成されており、そのネジ穴
１ｂにネジを通して外部電気回路基板にネジ止めするこ
とにより固定される。

【００２１】本発明において、基体１の上面には放熱板
としても機能するキャリア基板６が固定されるため、光
半導体素子５の作動時に発する熱は効率良く外部電気回
路基板に伝達される。また、基体１の厚さをある程度薄
くすることにより、熱伝達効率をさらに良好とできる。
また、基体１の厚さを薄くすることにより光半導体パッ
ケージを低背化することができ、近時の動向に適したも
のとなる。

【００２２】基体１の厚さは０．１〜０．５ｍｍとす
る。０．１ｍｍ未満の場合、基体１の剛性が著しく低下
し、基体１と枠体２とのロウ付け時や、外部電気回路基
板へのネジ止め時に基体１に反りが発生し易い。そのた
め、光半導体素子１５と光ファイバ（図示せず）との光
軸がずれ、それらの光結合効率が低下し光半導体素子１
５の作動性が低下する。０．５ｍｍを超えると、基体１
のプレス加工時にバリ等が発生し易くなり、加工性が損
なわれるとともに、基体１に比し熱伝導率の非常に高い
キャリア基板６から基体１に伝達された熱を効率良く外
部電気回路基板に伝え難くなる。

【００２３】基体１は、その材料のインゴットに圧延加
工やプレス加工等の従来周知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、その表面には耐蝕性
に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層
と厚さ０．５〜９μｍの金（Ａｕ）層を順次メッキ法に
より被着させておくのが良く、基体１が酸化腐食するの
を有効に防止できる。

【００２４】基体１の上面の載置部１ａを囲繞するよう
に接合（ロウ付け）される枠体２は、一側部に貫通孔か
ら成る光ファイバ固定部材取付部（以下、固定部材取付
部という）３ａを、他の側部に切欠きまたは貫通穴から
成る入出力端子取付部７ａを有し、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る。

【００２５】固定部材取付部３ａには、光ファイバが接
着されたホルダー（図示せず）を固定するための固定部
材３が嵌着され、銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材で接合され
る。または、固定部材取付部３ａの枠体２外面側開口の
周辺部に固定部材３が接合されてもよい。固定部材３は
Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料か
ら成り、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層と厚さ０．５〜９μｍのＡｕ層をメッキ
法により順次被着するのが良い。

【００２６】なお、固定部材３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ウインドウ４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−錫（Ｓｎ）合金等の低融
点ロウ材で接合される。

【００２７】ウインドウ４は、熱膨張係数が４〜１２ｐ
ｐｍ／℃（×１０^-6／℃）（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、光ファイバを伝わってきた外部のレーザ
光等の光を光半導体素子５に入力させる、または光半導
体素子５で出力したレーザ光等の光を光ファイバに入力
させるための集光用部材として用いられる。ウインドウ
４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。

【００２８】また、ウインドウ４は、その熱膨張係数が
基体１のそれと異なっていても、固定部材３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、このようなウイン
ドウ４を用いることにより、光半導体素子５と光ファイ
バとの間の光の結合効率を高くできる。

【００２９】また、入出力端子取付部７ａには光半導体
パッケージの高周波信号の入出力部として機能するとと
もに、光半導体パッケージ内部を塞ぐ機能を有する入出
力端子７がＡｇロウ等のロウ材で接合される。この入出
力端子７は、アルミナ（Ａｌ ₂Ｏ₃）セラミックスや窒化
アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等の絶縁体と、光
半導体パッケージ内外を導通するように絶縁体の表面に
形成された、配線導体としてのメタライズ層７ｂとから
構成される。また、メタライズ層７ｂの枠体２内側に
は、光半導体素子５の電極がボンディングワイヤ（図示
せず）を介して電気的に接続される。

【００３０】この入出力端子３は、絶縁体となる原料粉
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
ダーロール法により形成されたセラミックグリーンシー
トに、メタライズ層７ｂとなる、Ｗ，モリブデン（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、予め従来周知のスクリ
ーン印刷法により所望の形状に印刷塗布し、約１６００
℃の高温で焼結することにより作製される。

【００３１】なお、入出力端子３の絶縁体は、枠体２と
メタライズ層７ｂとを電気的に絶縁する機能を有し、そ
の材料は誘電率や熱膨張係数等の特性に応じて適宜選定
される。例えばアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス等か
ら成る。

【００３２】また、メタライズ層７ｂの枠体２外側の部
位の上面には、リード端子８がＡｇロウ等のロウ材を介
して接合される。このリード端子８は入出力端子７との
接合を強固なものとするために、入出力端子７の熱膨張
係数に近似する部材が用いられる。例えばリード端子８
は、入出力端子７の絶縁体がＡｌ₂Ｏ₃セラミックスから
成る場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等か
ら成るのが良い。

【００３３】本発明において、キャリア基板６は、基体
１の上面に光半導体素子５を支持する支持基板、および
光半導体素子５が作動時に発する熱を効率良く基体１に
伝達する放熱板として機能する。このキャリア基板６
は、放熱板としても機能するため、基体１の厚さを薄く
しても光半導体素子５が作動時に発する熱を効率良く外
部電気回路基板に伝え得る。具体的には、キャリア基板
６の熱伝導率は、光半導体素子５の載置部１ａの面に垂
直な方向および平行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。

【００３４】キャリア基板６は、図３に示すように、Ａ
ｇ，チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），ジルコニウム
（Ｚｒ）およびＷのうちの少なくとも一種を０．２〜１
０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６ａから成る基材
と、この基材の表面に被着された金属層６ｂとから構成
される。金属層６ｂは、基材の表面側から、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。
金属炭素複合体６ａは例えば以下の工程［１］〜［７］
のようにして作製される。

【００３５】［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。

【００３６】［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。

【００３７】［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５の発する熱の伝熱経路としても機能
する。

【００３８】［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。

【００３９】［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、全体をブロックとなす。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６ａ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。

【００４０】［６］この板を所望の形状に加工して金属
炭素複合体６ａを作製する。

【００４１】［７］金属炭素複合体６ａの表面に金属層
６ｂを被着する。

【００４２】本発明の金属炭素複合体６ａ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５の作動時に発する
熱は基体１に効率良く伝達され、最終的に外部電気回路
基板に確実に伝達される。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６ａの剛性が高く
なり、ネジ止め時の基体１の反りを有効に防止する補強
板として機能する。従って、補強板としても機能するキ
ャリア基板６は、載置部１ａ上面の全面に載置固定する
のがよく、その場合確実に基体１の反り変形を防止で
き、光半導体素子５と光ファイバとの光結合効率が低下
するのを有効に防止する。

【００４３】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（ギガパスカル）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
ケージの製作上および特性上好ましいものとなる。

【００４４】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。

【００４５】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、キャリア基板６の熱伝導率が低下し、光半導体素
子５の作動時に発する熱を基体１に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
し、キャリア基板６の熱伝導率は低下する。特にＴｉ，
Ｃｒ，Ｚｒ，Ｗが１０重量部を超える場合には、Ｃｕ中
に融解され難くなり、熱伝導性の低いＴｉ，Ｃｒ，Ｚ
ｒ，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５の作動時に発する熱は基体１
に効率良く伝達し難くなる。

【００４６】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６ａとしての熱膨
張係数が基体１や光半導体素子５と大幅に異なる程度に
上昇することは無く、好ましい。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５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６ａの弾性率は従来に比し高くなる
ため、ネジ止め時の基体１の反り変形を有効に防止し、
光半導体素子５と光ファイバとの光結合効率が低下する
のを有効に防止する。

【００４７】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キャリア基板６が溶融す
ることは無く、製造時の熱処理等に対して常に炭素質母
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成分ｎの場合はキャリア基板６
の端面から溶け出す場合があり、光半導体パッケージ用
としては好ましくない。

【００４８】また、キャリア基板６は金属炭素複合体６
ａから成る基材の表面に金属層６ｂが被着されている。
金属層６ｂ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６ａとの接合を強
固とする接着層Ｘと、金属炭素複合体６ａと金属層６ｂ
との熱膨張係数を調整するＭｏ層Ｙと、光半導体素子５
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６
ａ中のカーボン（Ｃ）との拡散接合により、金属炭素複
合体６ａと金属層６ｂとの接合を強固とする。

【００４９】なお、従来例（特開２０００−１５０７４
６号公報）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６ａと
の接合を良好なものとしていたためであった。

【００５０】しかしながら、光半導体素子５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６ａ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５が発する熱を効率良く金属炭素複合体６ａ
に伝達できなかった。

【００５１】そこで、本発明者は、第２層として拡散防
止層（Ｃｕ層）を形成せずとも、接着層Ｘ（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６ａ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
合金を採用した。

【００５２】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６ａ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５
が発する熱を効率良く金属層６ｂから金属炭素複合体６
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６ａ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６ａとの
接合性が劣化し、光半導体素子５が発する熱を効率良く
金属層６ｂから金属炭素複合体６ａに伝え難くなる。

【００５３】また、Ｍｏ層Ｙは、接着層Ｘとの接合の際
にＭｏが接着層Ｘおよび金属炭素複合体６ａ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６ａ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６
ａとの接合性が劣化することはない。

【００５４】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との熱膨張の中間媒体、即ち熱膨張係数の調整層と
して機能する。

【００５５】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、キャリア基板６
と基体１，光半導体素子５との間で熱膨張差が生じ、光
半導体素子５とキャリア基板６との間で剥がれが発生し
たり、基体１に反り変形を発生させることとなる。その
ため、光半導体素子５が作動時に発する熱をキャリア基
板６が効率良く基体１に伝達し難く、さらには光半導体
素子５と光ファイバとの光結合効率が低下する。即ち、
光半導体素子５の作動性が低下することになる。一方、
３０μm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５が発する熱を効率良く金属炭素複合体６
ａに伝達し難くなる。

【００５６】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５が
発する熱を効率良く載置部１ａから面方向（横方向）に
伝え、金属炭素複合体６ａ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なる。即ち、Ｍｏ層ＹのＭｏ
は、接着層Ｘ，金属炭素複合体６ａ，Ｃｕ層Ｚに拡散さ
れ、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。

【００５７】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５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５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５が発
する熱を十分に金属炭素複合体６ａに伝達できることを
確認した。

【００５８】また、金属層６ｂの金属炭素複合体６ａへ
の接合は、例えば、金属炭素複合体６ａ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５００μm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。

【００５９】この金属層６ｂ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５の作動時に発する熱を横方向（載
置部１ａの面方向）に伝える伝熱媒体として機能する。

【００６０】また、金属層６ｂ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、その結果気密性検査に対し
て適格な光半導体パッケージとし得る。即ち、本発明の
キャリア基板６は気密性が非常に安定したものとなる。

【００６１】また、キャリア基板６はＣｕ−Ｗ合金等に
比し比重が非常に小さい。即ち、非常に軽量であるた
め、近時の光半導体パッケージの軽量化に適したものと
なる。

【００６２】キャリア基板６の形状については、その主
面形状が光半導体素子５の主面形状（長方形や正方形）
に相似していることが好ましい。この場合、熱が光半導
体素子５の周囲に等方的に放熱される。また、基体１を
ネジ止めする際に基体１の反りを有効に防止する補強板
としての観点から、ネジ止め時の応力のバランスをとる
ためには、載置部１ａの形状に相似していることが好ま
しい。

【００６３】このようなキャリア基板６を囲繞して基体
１上面に接合された枠体２の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属、またはＡｌ₂Ｏ₃セラミ
ックス，ＡｌＮセラミックス等のセラミックスから成る
蓋体９がＡｕ−Ｓｎロウ等の低融点ロウ材で接合され、
光半導体素子５を気密に封止する。

【００６４】このように、本発明の光半導体パッケージ
は、上面に光半導体素子５がキャリア基板６を介して載
置される載置部１ａを有する略直方体の基体１と、基体
１の上面に載置部１ａを囲繞するように接合され、一側
部に貫通孔から成る固定部材取付部３ａ、他の側部に切
欠きまたは貫通穴から成る入出力端子取付部７ａが形成
された枠体２と、固定部材取付部３ａに嵌着された筒状
の固定部材３と、入出力端子取付部７ａに嵌着された入
出力端子７とを具備する。そして、キャリア基板６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、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６
ａを基材とし、基材の表面に基材側からＦｅ，Ｆｅ−Ｎ
ｉ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６ｂが被着されている。

【００６５】また、上記本発明の光半導体パッケージ
と、載置部１ａに載置固定されるとともに入出力端子７
に電気的に接続された光半導体素子５と、枠体２の上面
に接合された蓋体９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３に端部が挿
着される光ファイバは、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基板等
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。

【００６６】光半導体装置は、具体的には、載置部１ａ
に光半導体素子５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５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７ｂに電
気的に接続し、しかる後、枠体２上面に蓋体５を低融点
ロウ材等により接合することにより、基体１，枠体２，
固定部材３，ウインドウ４，キャリア基板６，入出力端
子７から成る光半導体パッケージ内部に光半導体素子５
を収納した製品としての光半導体装置となる。

【００６７】この光半導体装置は、例えば外部電気回路
から供給される高周波信号により光半導体素子５を光励
起させ、励起したレーザ光等の光をウインドウ４を通し
て光ファイバに授受させるとともに光ファイバ内を伝送
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。

【００６８】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３の光半導体パ
ッケージ内側または外側に、あるいは光半導体パッケー
ジ外側の光ファイバの途中に、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５と光
ファイバとの光の結合効率がさらに良好なものとなる。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、上面に光半導体素子がキャリ
ア基板を介して載置される載置部を有する略直方体の基
体の厚さは０．１〜０．５ｍｍであり、キャリア基板
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
金属炭素複合体を基材とし、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から、光半導
体素子が搭載されるキャリア基板が熱伝導率が面方向の
みならず厚さ方向でも高く、且つ表面に気孔の無い緻密
なものとなることから、光半導体素子の作動性を良好と
でき、また光半導体パッケージ内部の気密性も安定的に
保持されたものとなる。

【００７０】また本発明は、好ましくは接着層およびモ
リブデン層の厚さは５〜３０μｍであり、銅層の厚さは
１００〜７００μｍであることにより、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。

【００７１】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るとともに入出
力端子に電気的に接続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
態の一例を示す斜視図である。

【図２】図１の光半導体パッケージの断面図である。

【図３】図１の光半導体パッケージにおけるキャリア基
板の部分拡大断面図である。

【図４】従来の光半導体パッケージの斜視図である。

【図５】図４の光半導体パッケージの断面図である。

【符号の説明】 １：基体 １ａ：載置部 ２：枠体 ３：光ファイバ固定部材 ３ａ：光ファイバ固定部材取付部 ５：光半導体素子 ６：キャリア基板 ６ａ：金属炭素複合体 ６ｂ：金属層 ７：入出力端子 ７ａ：入出力端子取付部 ９：蓋体 ｌ：一方向性炭素繊維 ｍ：炭素質母材 ｎ：金属成分 Ｘ：接着層 Ｙ：モリブデン層 Ｚ：銅層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB01 BB21 BC05 BD01 BD11 5F073 AB28 BA01 FA06 FA15 FA22 5F088 BA15 BA16 JA03 JA14 JA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に光半導体素子がキャリア基板を介
   して載置される載置部を有する略直方体の基体と、該基
   体の上面に前記載置部を囲繞するように接合され、一側
   部に貫通孔から成る光ファイバ固定部材取付部、他の側
   部に切欠きまたは貫通穴から成る入出力端子取付部が形
   成された枠体と、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、前記基体の厚さは０．１〜
   ０．５ｍｍであり、前記キャリア基板は、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を
   基材とし、該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の厚
   さは５〜３０μｍであり、前記銅層の厚さは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または請求項２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る
   とともに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。