JP2003152146A - 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】 （修正有） 【課題】 光半導体素子の作動性が良好となり、また光
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】 上面に光半導体素子５が載置用基台６を
介して載置される載置部１ａを有する略長方形の基体１
はその厚さが０．１〜０．５ｍｍであり、載置用基台６
は、Ａｇ，Ｔｉ，ＺｒおよびＷのうちの少なくとも一種
を０．２〜１０重量部ならびに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６ｂを基材とし、その基材の上下面に金属メッキ層Ｘ
とロウ材層Ｙと金属炭素複合体６ａの厚さの１／１０〜
１／２のＣｕ層Ｚとが順次積層されている。

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の上面に載置部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に設けられた窓部材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）ガスのリーク量で約１．
０１×１０^-3Ｐａ・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
成る。そして、上記のように基体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５×１０
^-6〜１０×１０^-6／℃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１
６との間の熱歪みは小さく、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の熱を面方向
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
の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１１から外部電気回路基板への熱
の伝達性が低下し、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１
５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の作動性が劣化するとい
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にトラップされることが多い。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
のである。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
して誤って判定する場合があるという問題点を有してい
た。

【０００９】これらの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光
半導体素子の載置用基台を用いることにより、光半導体
素子の作動性が良好となり、また光半導体パッケージ内
部の気密性検査に対して適格なものとなり、さらに小型
軽量化された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載置用基台を介して載置
される載置部を有する略長方形の基体と、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が形成されている
とともに他の側部に貫通穴または切欠きから成る入出力
端子取付部が形成されている枠体と、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、前記載置用基
台は、銀，チタン，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重量部ならびに銅
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、該基材の上下面に金属メッ
キ層とロウ材層と前記金属炭素複合体の厚さの１／１０
〜１／２の銅層とが順次積層されていることを特徴とす
る。

【００１３】また本発明の光半導体パッケージは、上面
に光半導体素子が載置用基台を介して載置される載置部
を有する略長方形の基体と、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が形成されているとともに他の
側部に貫通穴または切欠きから成る入出力端子取付部が
形成されている枠体と、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、前記載置用基台は、銀，チ
タン，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重量部ならびに銅を９０〜９
９．８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、該基材の上下面に金属メッキ層とロウ
材層と５〜１００μｍの厚さのモリブデン層とロウ材層
と１００〜１０００μｍの厚さの銅層とが順次積層され
ていることを特徴とする。

【００１４】本発明は、光半導体素子の載置用基台を成
す金属炭素複合体が炭素繊維と高温高圧下で含浸された
金属とからなるため、その表面が緻密になり、金属炭素
複合体の表面に金属メッキ層が形成できるようになっ
た。そして、基材の表面に金属メッキ層を介してロウ材
層、およびＣｕ層等を強固に接合できるようになった。
即ち、金属メッキ層の炭素繊維への被着部における被着
力の弱さを、含浸された金属が表面に露出している部位
における被着力で補強することができるとともに、金属
炭素複合体の表面が緻密になるため炭素繊維に被着され
る金属メッキ層の表面欠陥が極めて少なくなっており、
その結果、金属炭素複合体の表面に金属メッキ層を強固
かつ信頼性よく被着することができる。このように、基
材表面に金属メッキ層を信頼性良くかつ強固に形成でき
ることによって、ロウ材層を介して熱伝導性の極めて良
好なＣｕ層等を形成することができる。

【００１５】従って本発明は、上記の構成により、光半
導体素子が搭載される載置用基台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が良好に
なり、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。

【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、上記の構成により、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につ
いて以下に詳細に説明する。図１〜図３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
載置用基台の部分拡大断面図である。

【００１９】図１，図２において、１は略長方形の基
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は透光性の窓部材、５は光半導体素子、
６は載置用基台、７は入出力端子である。これらの基体
１，枠体２，固定部材３，窓部材４，入出力端子７と
で、光半導体素子５，載置用基台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合金等の金属から成り、そ
の上面の載置部１ａに光半導体素子５が載置用基台６を
介して載置固定されている。また、基体１は、光半導体
素子５の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機能する。さらに、基体１の
長手方向で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
としても機能する載置用基台６が固定されるため、光半
導体素子５の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を薄くすることにより熱伝達効率をさ
らに良好とできるとともに、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】そして、基体１の厚さは０．１〜０．５ｍ
ｍである。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５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
い載置用基台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
にロウ付け接合される枠体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、他の側部に貫通穴または切欠きから成る
入出力端子取付部７ａを有し、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−
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の一端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
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窓部材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、２００〜４０
０℃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。この窓部材４は、熱膨張係数が４×
１０^-6〜１２×１０^-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。窓部材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。

【００２７】また、窓部材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、このような窓部材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。

【００２８】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から成
る断面形状が略凸型の本体部と、光半導体パッケージ内
外を導通するように本体部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。

【００２９】この入出力端子３は、本体部となるセラミ
ックス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（Ｍｏ），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。

【００３０】なお、入出力端子７の本体部は、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。また、入出力端子７の本体部は、例えば上面に
メタライズ層７ｂを形成した略長方形の平板部と、平板
部の上面にメタライズ層７ｂを間に挟んで設けられた立
壁部とから成る。

【００３１】また、メタライズ層７ｂの枠体２外側の部
位には、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
強固にするために、入出力端子７の熱膨張係数に近似し
た材料から成る。例えばリード端子８は、入出力端子７
の本体部が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。

【００３２】本発明において、載置用基台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の熱を効率良く基体１に伝達する放熱板と
して機能する。この載置用基台６は、基体１よりも高い
熱伝導率を有するため、基体１の厚さを薄くできるとと
もに、光半導体素子５の熱を効率良く外部電気回路基板
に伝え得る。具体的には、載置用基台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３００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ
程度である。

【００３３】載置用基台６は、図３に示すように、Ａ
ｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＺｒおよびＷのうちの少なくとも一種
を０．２〜１０重量部ならびに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を基材とし、この基材の上下面に金属層６ｂが被
着されて成る。金属層６ｂは、基材側から金属メッキ層
Ｘとロウ材層Ｙと金属炭素複合体６ａの厚さの１／１０
〜１／２のＣｕ層Ｚとが順次積層されて成る３層構造
｛図３（ａ）｝、または、基材側から金属メッキ層Ｘと
ロウ材層Ｙと５〜１００μｍの厚さのＭｏ層Ｗとロウ材
層Ｙと１００〜１０００μｍの厚さのＣｕ層Ｚとが順次
積層されて成る５層構造｛図３（ｂ）｝である。

【００３４】載置用基台６を成す金属炭素複合体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ｌ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
砕された一方向性炭素繊維ｌ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（略立方体）
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重量部含有させることにより、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重量部ならびに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となる板を作製する。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の上下面に金属
層６ｂを形成する。

【００４２】本発明の金属炭素複合体６ａは、金属成分
ｎが含浸されていることにより、その熱膨張係数が８×
１０^-6〜１０×１０^-6／℃となるとともに、炭素質母材
ｍと一方向性炭素繊維ｌ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載置用基台６は、
基体１上面の枠体２に囲まれる部位の略全面を載置部１
ａとし、その載置部１ａの略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
７×１０^-6〜２０×１０^-6／℃、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
果載置用基台６の熱伝導率が低下して光半導体素子５の
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、載置用基台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，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５の熱
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内に好ましい適当量（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
に上昇することはない。また、金属成分ｎのうち特にＡ
ｇの場合は熱伝導率が非常に高いため、光半導体素子５
の熱を伝えるのに有利である。また、金属炭素複合体６
ａ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載置用基台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内を安定にし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の場合は載置用基台６の側
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】炭素質母材ｍ内の金属成分ｎの含有量が１
０重量％未満の場合、載置用基台６の横方向（載置部１
ａの面方向）で所望の熱伝導率が得られない。一方、２
０重量％を超えると、載置用基台６の熱膨張係数と光半
導体素子５，基体１の熱膨張係数との差が大きくなり、
光半導体素子５と載置用基台６との接合、載置用基台６
と基体１との接合を強固なものとし難い。なお、金属成
分ｎの含有量を上記のようにすることにより、金属炭素
複合体６ａの表面積の約６〜１０％程度の部位に金属成
分ｎの表層が露出することになり、金属メッキ層Ｘとの
接合が強固になる。

【００４９】また、載置用基台６は金属炭素複合体６ａ
から成る基材の上下面に金属層６ｂが形成されて成る。
金属層６ｂは、図３（ａ）に示すように、Ｎｉメッキ
層，Ｃｕメッキ層等の金属メッキ層Ｘ、銀ロウ等のロウ
材層Ｙ、および金属炭素複合体６ａの厚さの１／１０〜
１／２の厚さを有するＣｕ層Ｚが順次積層されて成る３
層構造か、または図３（ｂ）に示すように、金属メッキ
層Ｘ、ロウ材層Ｙ、５〜１００μｍの厚さのＭｏ層Ｗ、
ロウ材層Ｙ、１００〜１０００μｍの厚さのＣｕ層Ｚが
順次積層されて成る５層構造である。

【００５０】金属メッキ層Ｘは、Ｎｉメッキ層やＣｕメ
ッキ層等から成り、金属炭素複合体６ａの上下面に被着
され、金属炭素複合体６ａとロウ材層Ｙとの接合媒体と
して機能する。金属メッキ層Ｘは、一方向性炭素繊維
ｌ，炭素質母材ｍとの密着性は若干弱いが、金属炭素複
合体６ａの表面に多数露出して約６〜１０％程度の表面
積となっている金属成分ｎとの密着性が非常に強固であ
るため、金属炭素複合体６ａと金属メッキ層Ｘとの密着
性は全体的に強固になる。

【００５１】金属メッキ層Ｘの厚さは１〜３０μｍが良
く、１μｍ未満の場合、金属メッキ層Ｘの厚さのばらつ
きにより、金属メッキ層Ｘがほとんど被着されない部位
が発生する場合がある。そのため、金属炭素複合体６ａ
とロウ材層Ｙとの接合媒体としての機能が劣化する。一
方、３０μｍを超えると、Ｎｉメッキ層の場合はその熱
伝達効率の低さにより光半導体素子５の熱を効率良く外
部に伝え難くなり、Ｃｕメッキ層の場合は金属炭素複合
体６ａとの熱膨張差により密着性が劣化する。

【００５２】ロウ材層Ｙは、金属メッキ層ＸとＣｕ層Ｚ
との接合媒体、金属メッキ層ＸとＭｏ層Ｗとの接合媒
体、およびＭｏ層ＷとＣｕ層Ｚとの接合媒体として機能
するとともに、光半導体素子５の熱をＣｕ層Ｚから金属
メッキ層Ｘに効率良く伝える熱伝達媒体として機能す
る。また、ロウ材層Ｙは他の層に比べて軟らかいことか
ら、金属メッキ層ＸとＣｕ層Ｚとの間、金属メッキ層Ｘ
とＭｏ層Ｗとの間、およびＭｏ層ＷとＣｕ層Ｚとの間に
発生する熱膨張差により発生する応力を緩和する応力緩
和層としても機能する。なお、ロウ材層Ｙは、主にＡｇ
から成る純Ａｇロウ、ＡｇとＣｕとから成るＡｇロウ等
の熱伝達効率の優れた金属ロウ材から成る。

【００５３】ロウ材層Ｙの厚さは３〜５０μｍが良く、
３μｍ未満の場合、厚さが非常に薄いため応力緩和層と
しての機能が劣化する。５０μｍを超えると、厚さが厚
いため、熱伝達効率が劣化し、また金属メッキ層ＸとＣ
ｕ層Ｚとの間、金属メッキ層ＸとＭｏ層Ｗとの間、およ
びＭｏ層ＷとＣｕ層Ｚとの間に発生する熱膨張差により
発生する応力を緩和する応力緩和層としての機能が劣化
する。

【００５４】Ｃｕ層Ｚは、基体１の熱伝達効率を良好と
する機能を有するとともに載置部１ａを滑らかな面とす
る機能を有する。即ち、Ｃｕ層Ｚはそれ自体で非常に熱
伝導性が高く、また、Ｃｕ層Ｚがなく最表層がロウ材層
Ｙである場合、最表面がボイド等により粗面となり光半
導体素子５を良好に載置できず、それに伴い光半導体素
子５から基体１への熱伝達効率が劣化する。

【００５５】Ｃｕ層Ｚは、金属層６ｂが金属メッキ層
Ｘ、ロウ材層Ｙ、Ｃｕ層Ｚから成る３層構造の場合、そ
の厚さは金属炭素複合体６ａの厚さの１／１０〜１／２
である。１／１０未満の場合、金属炭素複合体６ａの厚
さが薄い場合は、それに伴いＣｕ層Ｚが非常に薄いもの
となり、ロウ材層Ｙの表面にＣｕ層Ｚの表面が滑らかで
凹凸がないようにして平坦に被着させるのが困難にな
る。そのため、載置部１ａに凹凸が発生し光半導体素子
５を強固に載置固定し難い。一方、１／２を超えると、
Ｃｕ層Ｚが厚くなり過ぎて光半導体素子５の熱を効率良
くロウ材層Ｙに伝え難くなるとともに、金属炭素複合体
６ａとＣｕ層Ｚとの熱膨張差により密着性が劣化し易く
なる。

【００５６】金属層６ｂが金属メッキ層Ｘ、ロウ材層
Ｙ、Ｍｏ層Ｗ、ロウ材層Ｙ、Ｃｕ層Ｚから成る５層構造
の場合、Ｍｏ層Ｗの厚さは５〜１００μｍであり、Ｃｕ
層Ｚの厚さは１００〜１０００μｍである。Ｍｏ層Ｗの
厚さが５μｍ未満の場合、基体１の熱膨張係数を調整す
る効果が小さくなり、基体１にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や
Ｆｅ−Ｎｉ合金から成る枠体２をロウ付けした場合にロ
ウ材層Ｙにクラック等が発生し、光半導体パッケージ内
部の気密性が損なわれ易くなる。一方、１００μｍを超
えると、光半導体素子５の熱を効率良く基体１に伝達し
難くなる。また、Ｃｕ層Ｚの厚さが１００μｍ未満の場
合、横方向での熱伝達効率が劣化し、光半導体素子５の
熱を効率良く伝え難い。一方、１０００μｍを超える
と、基体１の熱膨張係数を調整する効果が小さくなり、
基体１にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金から成
る枠体２をロウ付けした場合にロウ材層Ｙにクラックが
発生し、光半導体パッケージ内部の気密性が損なわれ易
くなる。

【００５７】なお、製作の低コスト化、製造時間の削減
等の点、および基体１の熱伝達効率等の向上等の特性を
鑑みれば、５層構造よりも３層構造のほうが良い。

【００５８】これら３層構造または５層構造の金属層６
ｂは、金属炭素複合体６ａ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の熱を縦方向（載置部１ａの面に垂直な方
向）および横方向（載置部１ａの面方向）に効率良く伝
える伝熱媒体として機能する。具体的には、基体１は、
光半導体素子５の載置部１ａの面に垂直な方向および面
方向のいずれにおいても３００〜４００Ｗ／ｍ・Ｋ程度
の熱伝導率が得られる。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
検査する際、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。

【００５９】また、載置用基台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。

【００６０】そして、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。

【００６１】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が載置用基台６を介して載置
される載置部１ａを有する略長方形の基体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、他の側部に貫通
穴または切欠きから成る入出力端子取付部７ａが形成さ
れている枠体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、基体１の厚さは
０．１〜０．５ｍｍであり、載置用基台６は、Ａｇ，Ｔ
ｉ，Ｃｒ，ＺｒおよびＷのうちの少なくとも一種を０．
２〜１０重量部ならびに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
を基材とし、その基材の上下面に金属メッキ層Ｘとロウ
材層Ｙと金属炭素複合体６ａの厚さの１／１０〜１／２
のＣｕ層Ｚとが順次積層されいる。または、基材の上下
面に金属メッキ層Ｘとロウ材層Ｙと５〜１００μｍの厚
さのＭｏ層Ｗとロウ材層Ｙと１００〜１０００μｍの厚
さのＣｕ層Ｚとが順次積層されている。

【００６２】なお、金属層６ｂは載置用基台６の側面に
形成されていても良く、この場合光半導体素子５の熱は
載置用基台６の側面の金属層６ｂをも伝わり、さらに熱
伝達効率が良好となる。

【００６３】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。

【００６４】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９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，窓部材４，載置用基台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。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
の光を窓部材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。

【００６５】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で種々の変更を行
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になる。

【００６６】

【発明の効果】本発明は、上面に光半導体素子が載置用
基台を介して載置される載置部を有する略長方形の基体
はその厚さが０．１〜０．５ｍｍであり、載置用基台
は、Ａｇ，Ｔｉ，Ｃｒ，ＺｒおよびＷのうちの少なくと
も一種を０．２〜１０重量部ならびにＣｕを９０〜９
９．８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、その基材の上下面に基材側から金属メ
ッキ層とロウ材層と金属炭素複合体の厚さの１／１０〜
１／２のＣｕ層とが順次積層されているか、または、基
材の上下面に基材側から金属メッキ層とロウ材層と５〜
１００μｍの厚さのＭｏ層とロウ材層と１００〜１００
０μｍの厚さのＣｕ層とが順次積層されていることによ
り、載置用基台は、その熱伝導率が面方向のみならず厚
さ方向でも高くなり、また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。

【００６７】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】（ａ）は図１の光半導体パッケージにおける載
置用基台の部分拡大断面図、（ｂ）は他の発明による光
半導体パッケージにおける載置用基台の部分拡大断面図
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：載置用基台 ６ａ：金属炭素複合体 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：金属メッキ層 Ｙ：ロウ材層 Ｚ：銅層 Ｗ：モリブデン層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に光半導体素子が載置用基台を介し
   て載置される載置部を有する略長方形の基体と、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が形成され
   ているとともに他の側部に貫通穴または切欠きから成る
   入出力端子取付部が形成されている枠体と、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、前記載置
   用基台は、銀，チタン，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重量部ならび
   に銅を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、該基材の上下面に金属
   メッキ層とロウ材層と前記金属炭素複合体の厚さの１／
   １０〜１／２の銅層とが順次積層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】 上面に光半導体素子が載置用基台を介し
   て載置される載置部を有する略長方形の基体と、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が形成され
   ているとともに他の側部に貫通穴または切欠きから成る
   入出力端子取付部が形成されている枠体と、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、前記載置
   用基台は、銀，チタン，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重量部ならび
   に銅を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、該基材の上下面に金属
   メッキ層とロウ材層と５〜１００μｍの厚さのモリブデ
   ン層とロウ材層と１００〜１０００μｍの厚さの銅層と
   が順次積層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。
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。