JP2003179293A - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光半導体装置をネジ止めする際に生じる基体
や枠体の変形と、電子冷却素子の熱による基体や枠体お
よび光ファイバ固定部材の変形と、光ファイバの光伝搬
特性の劣化とを有効に抑制した光半導体パッケージとす
るとともに、部品点数を増加させずに光軸ズレを抑制し
た光半導体パッケージを低コストに製造できるようにす
ること。 【解決手段】 上面に光半導体素子４の載置部１ａを有
する略四角形の基体１と、基体１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２ａが形成され
た平面視形状が略四角形の枠体２と、貫通孔２ａの枠体
２外側開口の周囲に取着され、内部に透光性部材７ｂが
設置された筒状の光ファイバ固定部材３とを具備してお
り、一側部およびそれに対向する他の側部の直下の基体
１下面の部位に、各側部に沿ってそれぞれ溝１ｂが形成
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、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に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信分野等で使用される半導体
レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導
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いう）の断面図を図３に
示す。同図において、101,102はそれぞれ金属から成
り、容器本体を構成する基体と、側部に貫通孔102ａが
形成された枠体である。また、103は金属からなり、そ
の内部に透光性部材107ｂや外側の端面に光アイソレー
タ109および光ファイバ111が挿着された金属ホルダ112
が接合される筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部
材という）である。さらに、104は光半導体素子、105は
蓋体を示す。これら基体101、枠体102、固定部材103、
蓋体105とで光半導体素子104を内部に収納する容器を構
成する。

【０００３】このような光半導体パッケージは、一般
に、光半導体素子104を載置する載置用基台106と、光半
導体素子104からの出射光を集光または平行光に変換す
る透光性部材107ａを固定する固定ホルダ108とが搭載さ
れるペルチェ素子等の電子冷却素子113が載置される載
置部101ａを有する基体101と、基体101上面の外周部に
載置部101ａを囲繞するように取着される枠体102とが、
銀ロウ等のロウ材により接合される。また、光を集光し
たり平行光とする透光性部材107ｂが嵌着されるととも
に、光半導体素子104への戻り光を防止する光アイソレ
ータ109および光ファイバ111が嵌着された金属ホルダ11
2が接合固定される固定部材103が、貫通孔102ａに銀ロ
ウ等のロウ材によって接合される。また、蓋体105と枠
体102は、それぞれの接合面に形成されたメタライズ層
を介して金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロ
ウ材で接合される。

【０００４】基体101は、銅（Ｃｕ）−タングステン
（Ｗ）合金，鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト
（Ｃｏ）合金等の比較的高い熱伝導性を有する金属から
成る。また、基体101は、電子冷却素子113より発生する
熱を吸収し大気中に放散するための放熱板として機能す
るとともに電子冷却素子113を支持する支持部材として
機能する。

【０００５】また、枠体102は、基体101の熱膨張係数に
近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＣｕ−Ｗ合金等の
金属から成り、固定部材103が取着される貫通孔102ａ
と、入出力端子（図示せず）が嵌着される取付部（図示
せず）が設けられる。

【０００６】さらに、固定部材103は、枠体102に熱膨張
係数が近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成
り、内部に透光性部材107ｂが半田材やガラス材等によ
り接合される。また、光アイソレータ110および光ファ
イバ111が半田材や樹脂接着剤等の接合材110により嵌着
された金属ホルダ112が、固定部材103の外側の端面にＹ
ＡＧレーザ溶接等の溶接法により接合固定されて、光半
導体パッケージ内部の気密性を保つ。

【０００７】また、載置用基台106は、電子冷却素子113
の熱膨張係数と近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミッ
クスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等の誘
電体から成る。そして、その上面には、高周波信号が伝
送されるモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から
成る金属ペーストを焼結して成る配線導体が形成される
とともに、光半導体素子104を搭載するための導体層が
形成される。

【０００８】また、電子冷却素子113は、一般的にＰ型
素子とＮ型素子から成る熱電半導体素子より構成され、
熱電半導体素子に電流を入力することによりペルチェ効
果を生じさせ、吸熱、発熱を行なう。そして、電子冷却
素子113は載置部101ａにインジウム（Ｉｎ）−鉛（Ｐ
ｂ）−銀（Ａｇ）半田や錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等
の半田材により取着される。

【０００９】そして、枠体102の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金等の金属またはアルミナセラミック等のセラミ
ックスから成る蓋体105を、枠体102の蓋体105との接合
面に形成されたメタライズ層を介してＡｕ−Ｓｎ合金半
田等の低融点ロウ材で接合することにより、光半導体パ
ッケージ内に光半導体素子104を気密に収納する。

【００１０】このように、基体101、枠体102、固定部材
103、蓋体105とで光半導体素子104を光半導体パッケー
ジの内部に収納するとともに、載置用基台106に載置さ
れた光半導体素子104と入出力端子とを電気的に接続す
ることにより、光半導体素子104に高周波信号を入出力
し作動させ得る光半導体挿置となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
光半導体パッケージにおいて、例えば基体101を構成す
る金属がＣｕ−Ｗ合金、枠体を構成する金属がＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金である場合、これらの金属の熱膨張係数は
相違する。従って、基体101および枠体102を銀ロウ等の
ロウ材により接合するために、加熱、冷却する場合、冷
却する際の基体101と枠体102との熱膨張係数差に起因し
て生じる内部応力と収縮により、基体101に最大高低差1
0〜30μｍ程度の反りが発生していた。この結果、光半
導体素子104と透光性部材107ａ，107ｂおよび光ファイ
バとの光軸を合わせて組み立てられた光半導体装置を、
平坦な外部電気回路基板等にネジ止めするために、基体
101の四隅のネジ止め部（図示せず）をネジで締め付け
た場合、光半導体パッケージの製造工程で生じた基体10
1の反りが矯正され、基体101とともに光半導体パッケー
ジ全体が変形する。

【００１２】これにより、基体101の略中央部が高さ方
向に変位するとともに、固定部材103が取着される枠体1
02の側部が基体101と枠体102との接合部を支点とし変位
する。従って、基体101上面の略中央部に電子冷却素子1
13と載置用基台106を介して載置された光半導体素子104
と、透光性部材107ａと、固定部材103内に設置された透
光性部材107ｂと、光ファイバ111との間に位置ズレが生
じ、それぞれの光軸が大きくずれる。この結果、透光性
部材107ａ，107ｂを介する光半導体素子104と光ファイ
バ111との光結合効率が著しく劣化し、光半導体装置の
外部に光信号を効率よくかつ安定して出力することでき
なくなるという問題点を有していた。

【００１３】そこで、基体の中央部の厚みをｘ、両端の
厚みをｔとした場合、0.3ｍｍ≦ｔ≦１ｍｍ、ｘ≧２ｔ
を満足する光半導体パッケージが提案されている（従来
例１：特開平6−314747号公報参照）。しかしながら、
従来例１の光半導体パッケージでは、基体の中央部を両
端の厚みよりも厚くする必要があり、光半導体装置のさ
らなる薄型化を行なうことは困難である。

【００１４】また、上記問題点を解決するために、Ｃｕ
−Ｗ合金から成る基体の両端領域にネジ止めを行なうた
めの貫通孔を有し、ヤング率が1.96×１０⁵Ｎ／ｍｍ²以
下で降伏応力が4.9×１０²Ｎ／ｍｍ²以下の金属から成
るネジ止め部材が枠体から突出するように設けられた光
半導体パッケージが提案されている（従来例２：特開平
11−74619号公報参照）。この光半導体パッケージをネ
ジ止め部材を介して外部電気回路装置等にネジ止めして
強固に固定する場合、ネジ止め時の外力によって生じる
内部応力により生じる基体の変形を抑制でき、光半導体
素子の高さ方向の位置ズレを有効に抑制することができ
る。その結果、光半導体素子と光ファイバとの光軸がず
れず、光半導体素子と光ファイバとの光信号の入出力を
効率よくかつ安定して行い得るとともに光半導体装置の
薄型化が可能となる。

【００１５】しかしながら、従来例２の光半導体パッケ
ージによれば、金属から成るネジ止め部材を平面視形状
が長方形の枠体の短辺側から突出するように基体の両端
に設けていたため、基体とネジ止め部材を銀ロウ等で接
着する工程が必要となる。その結果、光半導体パッケー
ジの組立工程が複雑になって組立工程が増えることによ
り歩留まりが低下する要因となる。また、ネジ止め部の
位置精度も劣化し易く、基体とネジ止め部が別個である
ため、構造が複雑となり光半導体パッケージが高価にな
るとともに、ネジ止めによって基体と基体両端のネジ止
め部との接合部に応力が集中することにより、光半導体
パッケージが破損し易くなるという問題点を有してい
た。

【００１６】また、枠体に固定された金属からなる第１
の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に固定さ
れ、第１の底板よりもヤング率が大きい第２の底板とを
備えた光半導体気密封止容器（従来例３：特開平11−74
934号公報参照）、および、枠体に固定された金属から
成る第１の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に
固定され第１の底板よりもヤング率の小さい金属から成
る第２の底板とを備えた光半導体気密封止容器（従来例
４：特開平11−74935号公報参照）が公知である。従来
例３，４では、上記の問題点に加え、銀ロウ付けの面積
が大きくなるため第１の底板と第２の底板との間の銀ロ
ウ付けの接合部にボイドが発生することにより、光半導
体装置内部の光半導体素子および駆動素子の熱の第１の
底板から銀ロウを介して第２の底板への熱伝達率が低下
し、光半導体装置を長期にわたって安定して作動させる
ことができないという問題点を有していた。

【００１７】また、近年の光通信等における情報量の大
容量化に伴い、光ファイバ内を伝達する光信号の出力お
よび伝送効率（ｂｐｓ：bit per second）が増大してき
ており、光半導体パッケージにも高放熱構造が要求され
ている。また、長中距離の光ファイバ通信において、光
信号の増幅を行なう光増幅装置として、光ポンプモジュ
ールと呼ばれる光半導体装置が使用されている。近年、
この光半導体装置の光信号の出力は300ｍＷまで向上し
ており、この光半導体装置に収納されて光信号を出力す
る光半導体素子も２Ｗ程度の駆動電力となってきてい
る。従って、このような光半導体装置において、光半導
体素子の熱を効率よく光半導体パッケージ外部に放熱す
る構造が要求されている。

【００１８】そこで、光半導体パッケージの基体として
Ｃｕ−Ｗ合金等の高熱伝導性のものを使用したり、光半
導体装置内部の載置用基台と基体との間に電子冷却素子
（ペルチェ素子）を配置し、電子冷却素子により光半導
体素子の温度制御を行なうといった構成を採っていた。
しかし、電子冷却素子の熱が基体と枠体とを介して光フ
ァイバに伝達することにより、光ファイバに熱応力が加
わり光軸がずれたり、光ファイバの屈折率が変動したり
複屈折率が増加して伝搬損失の増加や光信号の劣化の原
因となったり、光信号の消光比が劣化するといった問題
点を有していた。

【００１９】従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成
されたものであり、その目的は、光半導体装置をネジ止
めする際に生じる基体や枠体の変形と、光半導体装置の
作動時の電子冷却素子の熱による基体や枠体および固定
部材の変形と光ファイバの光伝搬特性の劣化とを有効に
抑制し、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作
動させ得る光半導体パッケージとすることにある。ま
た、部品点数を増加させずに光軸ズレを抑制した光半導
体パッケージを低コストに製造することにある。

【００２０】

【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四角形の基体と、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
孔が形成された平面視形状が略四角形の枠体と、前記貫
通孔に嵌着されるかまたは前記貫通孔の枠体外側開口の
周囲に取着され、内部に透光性部材が設置された筒状の
光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パ
ッケージにおいて、前記一側部およびそれに対向する他
の側部の直下の前記基体の下面の部位に、前記各側部に
沿ってそれぞれ溝が形成されていることを特徴とする。

【００２１】本発明は、上記の構成により、光半導体装
置を基体の四隅のネジ止め部で平坦な外部電気回路基板
等にネジ止めする際に、光半導体パッケージの製造工程
で生じた基体の反りが矯正されることにより、基体の中
央部に生じる高さ方向の変位と枠体に生じる変形とを、
溝によって有効に抑制できる。また、光半導体装置の作
動時に電子冷却素子より発生し基体を介して枠体に伝達
する熱を、溝によって有効に遮断できる。その結果、光
半導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする際に、
光半導体素子と透光性部材と固定部材に取着される光フ
ァイバとの間に発生する光軸ズレを小さくでき、光結合
効率の劣化を有効に抑制できる。

【００２２】また、固定部材に取着される光ファイバへ
の加熱や熱応力が低減されることから、光半導体装置を
長期にわたり正常かつ安定して作動させ得る。また、部
品点数を増加させることなく光半導体装置のネジ止めに
よる変形を抑制できることから、光軸ズレのない光半導
体パッケージを低コストに製造できる。

【００２３】本発明において、好ましくは、前記基体の
厚さをｔ、前記溝の深さをｄとしたとき、ｔ／４≦ｄ≦
３ｔ／４であることを特徴とする。

【００２４】本発明は、上記の構成により、光半導体装
置をネジ止めする際の外力により、基体と枠体との接合
部に集中する内部応力を溝で緩和し、基体の変形をさら
に抑制できる。また、電子冷却素子より発生し基体から
枠体に伝達する熱を有効に抑制できる。その結果、光半
導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする際に生じ
る、光半導体素子と透光性部材と光ファイバとの間の光
軸ズレが抑制され、光半導体素子と光ファイバとの光結
合効率の劣化を防ぐことができる。さらに、電子冷却素
子より発生し、基体と枠体を介して固定部材に伝達する
熱を有効に抑制できることから、熱による光ファイバの
光伝搬特性の劣化を抑制できる。従って、光半導体装置
を長期にわたり正常かつ安定して作動させ得る。

【００２５】また本発明において、好ましくは、前記各
溝は、縦断面形状が凹形であり、前記基体の中心側の側
面が前記各側部の内面にそれぞれ略面一とされており、
前記各溝の幅が前記各側部の厚さ以上とされていること
を特徴とする。

【００２６】本発明は、上記の構成により、光半導体装
置をネジ止めする際の外力により基体と枠体との接合部
に集中する内部応力を溝で有効に緩和し、基体の変形を
抑制する。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板
等にネジ止めする際に生じる、光半導体素子と透光性部
材と光ファイバとの間の光軸のズレが大幅に抑制され、
光半導体素子と光ファイバとの光結合効率の劣化を防止
できることから、光半導体装置を長期にわたり正常かつ
安定して作動させ得る。

【００２７】さらに本発明において、好ましくは、前記
各溝の幅が２ｍｍ以下とされていることを特徴とする。

【００２８】本発明は、上記の構成により、光半導体装
置をネジ止めする際の外力により基体と枠体との接合部
に集中する内部応力を溝でさらに有効に緩和し、基体の
変形を抑制するとともに光半導体装置を外部電気回路基
板等に強固に固定できる。

【００２９】また本発明において、好ましくは、前記基
体は熱伝導率が100Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴と
する。

【００３０】本発明は、上記の構成により、基体の下面
に溝を設けることにより低下し易い基体の放熱性を有効
に補うことができる。その結果、光半導体パッケージ内
部に収納される光半導体素子と駆動素子を長期にわたり
正常かつ安定して作動させることができる。

【００３１】

【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、図２
は、図１の光半導体パッケージの基体に設けられた溝を
示す要部拡大側面図である。これらの図において、１は
容器の底板を成す基体、２は容器の側壁を成す枠体、３
は透光性部材７ｂや光アイソレータ９を設置固定するた
めの筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部材とい
う）、４はＬＤ等の光半導体素子、５は蓋体である。こ
れら基体１、枠体２、固定部材３および蓋体５とで、内
部に光半導体素子４を収納するための容器が基本的に構
成される。

【００３２】また、従来技術と同様に、固定部材３の外
側の端面には、光アイソレータ９と光ファイバ11とを樹
脂接着剤10で接着した金属ホルダ12が、ＹＡＧレーザ溶
接等により固定される。

【００３３】本発明の基体１は、光半導体素子４および
固定ホルダ８を支持するための支持部材ならびに電子冷
却素子13の熱を放散するための放熱板として機能する。
基体１上面の中央部に、光半導体素子４を載置する載置
用基台６と透光性部材７ａが固定された固定ホルダ８と
を載置する載置部１ａが設けられている。この載置部１
ａには、載置用基台６が錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等
の低融点ロウ材を介して取着され、固定ホルダ８がＹＡ
Ｇレーザ溶接や半田材等により接合固定される。そし
て、電子冷却素子13の熱は、この低融点ロウ材を介して
基体１に伝えられ外部に効率良く放散されることによ
り、電子冷却素子13の作動性を良好にする。また、光半
導体素子４より出射される光は、透光性部材７ａ，７ｂ
により集光されたり平行光等に変換されて光ファイバ11
に授受される。

【００３４】基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−
Ｗ合金等の金属から成り、そのインゴットに圧延加工や
打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによ
って所定形状に成形され製作される。また、その表面に
耐蝕性に優れかつロウ材と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0.5〜９μｍのＡ
ｕ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が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、基
体１上面に載置用基台６を介して光半導体素子４を強固
に接合させることができる。

【００３５】また、枠体２は、基体１との接合を強固に
するとともに光半導体パッケージの外部に対する電磁遮
蔽（電磁シールド）を行なうために、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るのがよい。そし
て、その表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優
れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さ
0.5〜９μｍ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が酸化腐食するのを有効に防止で
きるとともに、貫通孔２ａに固定部材３を強固に嵌着接
合できる。

【００３６】本発明において、貫通孔２ａが形成された
一側部およびそれに対向する他の側部の直下の基体１の
下面の部位に、各側部に沿ってそれぞれ溝１ｂが形成さ
れている。これにより、光半導体装置を基体１の四隅の
ネジ止め部で平坦な外部電気回路基板等にネジ止めして
固定する際に、光半導体パッケージの製造工程で生じた
基体１の反りが矯正されて、基体１の略中央部に生じる
高さ方向の変位と枠体２の側部に生じる変形とを抑制で
きる。

【００３７】即ち、光半導体パッケージの製造工程で基
体１と枠体２との熱膨張係数差に起因して生じた基体１
の反りが、光半導体装置のネジ止め時の外力によって矯
正されると、基体１には曲げモーメントが生じ基体１と
ともに光半導体パッケージ全体が変形する。その結果、
基体１の中央部が高さ方向に変位するとともに、固定部
材３が取着された枠体２の側部が基体１と枠体２との接
合部を支点とし変形する。即ち、枠体２の側部が基体１
と枠体２との接合部から上部に向かうにつれて内側また
は外側に反るように変形する。これにより、光半導体装
置を外部電気回路基板等にネジ止めする際に、光半導体
素子４と透光性部材７ａとの光軸ズレ、透光性部材７
ａ，７ｂの光軸ズレ、透光性部材７ｂと光ファイバ11と
の光軸ズレが発生し、光結合効率が著しく劣化する。

【００３８】従って、基体１の下面に溝１ｂを設けるこ
とにより、光半導体装置のネジ止め時に外力が加わった
際に、基体１と枠体２の貫通孔２ａが形成された一側部
およびそれに対向する他の側部との接合部に生じる内部
応力、および曲げモーメントによる基体１の変形が溝１
ｂで緩和される。その結果、光半導体装置を外部電気回
路基板等にネジ止めする際の光半導体素子４や透光性部
材７ａの高さ方向の変位と、透光性部材７ｂと光ファイ
バ11との光軸ズレを有効に抑制でき、透光性部材７ａ，
７ｂを介する光半導体素子４と光ファイバ11との光結合
効率の劣化を防ぐことができる。

【００３９】さらに、溝１ｂにより、電子冷却素子13よ
り発せられ基体１から枠体２へ伝導する熱の伝達部が減
少し、基体１と貫通孔２ａが形成された枠体２の一側部
との接合部における熱抵抗が増加する。これにより、電
子冷却素子13の熱が基体１を介して貫通孔２ａが形成さ
れた一側部およびこの側部に取着される固定部材３に伝
達することを抑制できる。その結果、貫通孔２ａが形成
された一側部および固定部材３の熱膨張や熱応力による
変形が枠体２や固定部材３に生じないことから、固定部
材３に取着された透光性部材７ｂや光ファイバ11の位置
が変動せず、透光性部材７ａ，７ｂを介する光半導体素
子４と光ファイバ11との光結合効率の劣化を有効に抑制
できる。

【００４０】また、溝１ｂは、基体の厚さをｔ、溝の深
さをｄとしたとき、ｔ／４≦ｄ≦３ｔ／４であることが
好ましい。ｄ＜ｔ／４の場合、光半導体装置を外部電気
回路基板等にネジ止めする際の溝１ｂにおける基体１の
変形が大きくなり、光半導体装置を外部電気回路基板等
に強固に接合するのが困難になる。また、３ｔ／４＜ｄ
の場合、光半導体装置を外部電気回路基板等にネジ止め
する際に矯正される基体１の変形を、溝１ｂで十分に緩
和できなくなる。また、基体１から枠体２へ伝わる熱に
対する熱抵抗が減少するため、電子冷却素子13より発生
し基体１から枠体２に伝達する熱が低減されず、貫通孔
２ａが形成された一側部および固定部材３が熱膨張によ
り変形し、固定部材３に取着される透光性部材７ｂおよ
び光ファイバ11の位置がずれ、光半導体素子４との光軸
がずれる。その結果、透光性部材７ａ，７ｂを介する光
半導体素子４と光ファイバ11との光結合効率が劣化し、
光半導体装置を安定かつ効率よく作動させることが困難
になる。

【００４１】また、各溝１ｂは、縦断面形状が凹形であ
り、基体１の中心側の側面が枠体２の各側部の内面にそ
れぞれ略面一とされており、各溝１ｂの幅が各側部の厚
さ以上とされていることが好ましい。この場合、光半導
体装置をネジ止めする際の外力により基体１と枠体２と
の接合部に集中する内部応力を溝１ｂで有効に緩和し、
基体１の変形を抑制することができる。また、この構成
において、各溝１ｂの幅が２ｍｍ以下とされているこ
と、即ち各側部の厚さをｓ、各溝１ｂの幅をｗとしたと
き、ｓ≦ｗ≦２ｍｍであることがより好ましい。ｗ＜ｓ
の場合、基体１に反りが生じている光半導体装置をネジ
止めする際の、基体１の反りを矯正することによる光半
導体装置全体の変形を溝１ｂで緩和するのが困難にな
る。その結果、基体１の中央部の高さ方向の変位と、貫
通孔２ａが形成された枠体２の側部の変形とを抑制でき
ず、基体１の中央部に位置する光半導体素子４および透
光性部材７ａと、固定部材３に取着された透光性部材７
ｂおよび光ファイバ11との光軸がずれ、光半導体素子４
と光ファイバ11との光結合効率が劣化し易くなる。ま
た、２ｍｍ＜ｗの場合、基体１に反りが生じている光半
導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする際に基体
１の反りが矯正されるときの溝１ｂにおける基体１の変
形が大きくなり、光半導体装置を強固に固定することが
困難になる。

【００４２】また、基体1は、熱伝導率が100Ｗ／ｍ・Ｋ
以上である例えばＣｕ−Ｗ合金等の金属からなることが
好ましい。この場合、溝１ｂを設けることにより低下す
る基体１の放熱性を有効に補うことができる。その結
果、光半導体パッケージ内部に収納される光半導体素子
４と電子冷却素子13とを長期にわたり正常かつ安定に作
動させ得る。なお、Ｃｕ−Ｗ合金は、Ｗ基板にＣｕを含
浸させたり、ＷとＣｕの粉末を混練し焼成する方法によ
り製作される。

【００４３】枠体２は、基体１と同様にその材料のイン
ゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加
工法を施すことにより、所定形状に成形され製作され
る。また、枠体２はドリルによる孔あけ加工等により所
定形状に形成される貫通孔２ａを有しており、貫通孔２
ａの枠体２外面側開口の周囲に筒状の固定部材３が接合
される。または、貫通孔２ａの内面に固定部材３が嵌着
される。

【００４４】基体１上面に載置される載置用基台６は、
放熱性および加工性に優れるシリコン（Ｓｉ）、または
基体１の熱膨張係数に近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セ
ラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス
等の誘電体から成る。そして、載置用基台６は、光半導
体素子４から基体１へ熱を伝えるための伝熱媒体である
とともに、その高さを調整することにより、透光性部材
７ａと光半導体素子４と光ファイバ11との光軸が合うよ
うに調節することができる。この載置用基台６の上面に
は、高周波信号が伝送される配線導体が形成されるとと
もに光半導体素子４を搭載するための導体層が形成され
る。

【００４５】枠体２の一側部に設けられる固定部材３
は、光ファイバ11を枠体２に固定するためのものであ
り、貫通孔２ａの枠体２外側開口の周囲または貫通孔２
ａの内面に銀ロウ等のロウ材を介して接合される。この
固定部材３は枠体の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属からなり、例えばＦｅ
−Ｎｉ−Co合金等のインゴット（塊）をプレス加工で筒
状とすることにより作製される。また、固定部材３の外
側の端面には、戻り光防止用の光アイソレータ９と光フ
ァイバ11とを樹脂接着剤で接着した金属ホルダ12が半田
材やＹＡＧレーザ溶接により接合される。この固定部材
３の内部には、光半導体素子４より出射される光信号の
消光比の劣化が生じないサファイアや非晶質ガラス等か
ら成り、集光レンズとして機能するとともに光半導体パ
ッケージ内部を塞ぐための透光性部材７ｂが、半田材ま
たはガラス材等の接合材により固定されて光半導体パッ
ケージ内部の気密性を保つ。

【００４６】透光性部材７ａ，７ｂ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、ロッドレンズ状等とされる。そし
て、透光性部材７ａ，７ｂは、光半導体素子４からの出
射光を透光性部材７ａ，７ｂを介して集光したり平行光
に変換して光ファイバ11に入力するための集光用部材と
して用いられる。また、透光性部材７ａ，７ｂは、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。その結果、光半導体素子4からの出射光が
透光性部材７ａ，７ａで複屈折の影響を及ぼされず、効
率良く光ファイバ11に光信号を入力できる。

【００４７】また、透光性部材７ｂは、例えば、その外
周部に予めメタライズ層を被着させておき、このメタラ
イズ層と固定部材３とをＡｕ−Ｓｎ半田等の低融点ロウ
材を介しロウ付けされる。これにより、光半導体素子４
を収納した光半導体装置の気密が行われ、光半導体素子
４を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る。この透
光性部材７ｂは、その熱膨張係数が枠体２と異なってい
ても、固定部材３が熱膨張係数差による内部応力を吸収
し緩和するので、結晶軸が応力のためにある方向に揃う
ことによって光の屈折率の変化を起こすことは発生しに
くい。従って、このような透光性部材７ｂを用いること
により、光半導体素子４と光ファイバ11との間の光結合
効率の変動を小さく抑えることができ、安定した光信号
の入出力が行い得る。

【００４８】透光性部材７ａを固定する固定ホルダ８
は、載置用基台６の熱膨張係数と近似する金属から成
り、固定ホルダ８の貫通孔や切欠き部から成る取付部に
透光性部材７ａが嵌着される。そして、固定ホルダ８
は、光半導体素子４と透光性部材７ａとの光軸が一致す
るように調整された後に、電子冷却素子13の上面に半田
やＹＡＧレーザ溶接等の溶接法により固定される。

【００４９】また、蓋体５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等
の金属やアルミナセラミックス等のセラミックスから成
り、枠体２上面にＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材
を介して接合されたり、ＹＡＧレーザ溶接等の溶接法に
より接合される。

【００５０】かくして、本発明の光半導体パッケージ
は、基体1の載置部１ａに電子冷却素子13と載置用基台
６を介して光半導体素子４を載置し、光半導体素子４の
各電極と載置用基台６上面の配線導体および入出力端子
とをボンディングワイヤにより電気的に接続し、しかる
後、枠体２上面に蓋体５を接合し、基体１と枠体２と固
定部材３および蓋体５から成る容器の内部に光半導体素
子４を収納し気密封止することによって、製品としての
光半導体装置となる。

【００５１】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施
すことは何等支障ない。

【００５２】

【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四角形の基体
と、基体の上面に載置部を囲繞するように接合され、一
側部に貫通孔が形成された平面視形状が略四角形の枠体
と、貫通孔に嵌着されるかまたは貫通孔の枠体外側開口
の周囲に取着され、内部に透光性部材が設置された筒状
の光ファイバ固定部材とを具備しており、一側部および
それに対向する他の側部の直下の基体の下面の部位に、
各側部に沿ってそれぞれ溝が形成されていることによ
り、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部で平坦な外
部電気回路基板等にネジ止めする際に、光半導体パッケ
ージの製造工程で生じた基体の反りが矯正されることに
より、基体の中央部に生じる高さ方向の変位と枠体に生
じる変形とを、溝によって有効に抑制できる。また、光
半導体装置の作動時に電子冷却素子より発生し基体を介
して枠体に伝達する熱を、溝によって有効に遮断でき
る。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板等にネ
ジ止めする際に、光半導体素子と透光性部材と固定部材
に取着される光ファイバとの間に発生する光軸ズレを小
さくでき、光結合効率の劣化を有効に抑制できる。

【００５３】また、固定部材に取着される光ファイバへ
の加熱や熱応力が低減されることから、光半導体装置を
長期にわたり正常かつ安定して作動させ得る。また、部
品点数を増加させることなく光半導体装置のネジ止めに
よる変形を抑制できることから、光軸ズレのない光半導
体パッケージを低コストに製造できる。

【００５４】本発明は、好ましくは基体の厚さをｔ、溝
の深さをｄとしたとき、ｔ／４≦ｄ≦３ｔ／４であるこ
とにより、光半導体装置をネジ止めする際の外力によ
り、基体と枠体との接合部に集中する内部応力を溝で緩
和し、基体の変形をさらに抑制できる。また、電子冷却
素子より発生し基体から枠体に伝達する熱を有効に抑制
できる。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板等
にネジ止めする際に生じる、光半導体素子と透光性部材
と光ファイバとの間の光軸ズレが抑制され、光半導体素
子と光ファイバとの光結合効率の劣化を防ぐことができ
る。さらに、電子冷却素子より発生し、基体と枠体を介
して固定部材に伝達する熱を有効に抑制できることか
ら、熱による光ファイバの光伝搬特性の劣化を抑制でき
る。従って、光半導体装置を長期にわたり正常かつ安定
して作動させ得る。

【００５５】また本発明は、好ましくは、各溝は、縦断
面形状が凹形であり、基体の中心側の側面が各側部の内
面にそれぞれ略面一とされており、各溝の幅が各側部の
厚さ以上とされていることにより、光半導体装置をネジ
止めする際の外力により基体と枠体との接合部に集中す
る内部応力を溝で有効に緩和し、基体の変形を抑制す
る。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板等にネ
ジ止めする際に生じる、光半導体素子と透光性部材と光
ファイバとの間の光軸のズレが大幅に抑制され、光半導
体素子と光ファイバとの光結合効率の劣化を防止できる
ことから、光半導体装置を長期にわたり正常かつ安定し
て作動させ得る。

【００５６】さらに本発明は、好ましくは、各溝の幅が
２ｍｍ以下とされていることにより、光半導体装置をネ
ジ止めする際の外力により基体と枠体との接合部に集中
する内部応力を溝でさらに有効に緩和し、基体の変形を
抑制するとともに光半導体装置を外部電気回路基板等に
強固に固定できる。

【００５７】また本発明は、好ましくは基体は熱伝導率
が100Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることにより、基体の下面に
溝を設けることにより低下し易い基体の放熱性を有効に
補うことができる。その結果、光半導体パッケージ内部
に収納される光半導体素子と駆動素子を長期にわたり正
常かつ安定して作動させることができる。

【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下面の
溝を示す要部拡大側面図である。

【図３】従来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 １ｂ：溝 ２：枠体 ２ａ：貫通孔 ３：光ファイバ固定部材 ４：光半導体素子 ５：蓋体 ６：載置用基台 ７ａ，７ｂ：透光性部材 11：光ファイバ

Claims (5)

【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四角形の基体と、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
   に貫通孔が形成された平面視形状が略四角形の枠体と、
   前記貫通孔に嵌着されるかまたは前記貫通孔の枠体外側
   開口の周囲に取着され、内部に透光性部材が設置された
   筒状の光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収
   納用パッケージにおいて、前記基体の下面の前記一側部
   およびそれに対向する他の側部の直下の部位に、前記各
   側部に沿ってそれぞれ溝が形成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】 前記基体の厚さをｔ、前記溝の深さをｄ
   としたとき、ｔ／４≦ｄ≦３ｔ／４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】 前記各溝は、断面形状が凹形であり、前
   記基体の中心側の側面が前記各側部の内面にそれぞれ略
   面一とされており、前記各溝の幅が前記各側部の厚さ以
   上とされていることを特徴とする請求項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。
4. 【請求項４】 前記各溝の幅が２ｍｍ以下とされている
   ことを特徴とする請求項３記載の光半導体素子収納用パ
   ッケージ。
5. 【請求項５】 前記基体は熱伝導率が100Ｗ／ｍ・Ｋ以
   上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の光半導体素子収納用パッケージ。