JP2003258357A - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光半導体素子収納用パッケージの製造工程で
生じる基体や枠体の変形と、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基体や枠体の変形
と、電子冷却素子の熱による光半導体素子収納用パッケ
ージの高温化とを有効に抑制して、光軸ズレを抑制した
ものとすること。 【解決手段】 光半導体素子収納用パッケージが、入出
力端子４を嵌着する取付部２ｂが形成された枠体２の側
部の下端に内外を貫通する切欠き部２ｃが形成されてい
るとともにこの切欠き部２ｃにヤング率が3.4×10⁵Ｎ／
ｍｍ²以上で厚さが１〜３ｍｍの補強部材５が嵌着され
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、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ととも
に半導体レーザ（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もいう）の側断
面図と正面断面図とを図４，図５に示す。これらの図に
おいて、101,102は、容器本体を構成する金属製の基体
と、側部に貫通孔102ａと入出力端子104を嵌着するため
の取付部102ｂが形成された金属製の枠体である。また1
03は、内部に透光性部材108ｂが接合されるとともに外
側の端面に光アイソレータ113と光ファイバ112が挿着さ
れた金属ホルダ114とが接合される金属製の筒状の光フ
ァイバ固定部材（以下、固定部材ともいう）であり、10
4は光半導体パッケージの内外を電気的に導通接続する
ためのセラミックスから成る入出力端子である。さら
に、106は光半導体素子、107は蓋体である。これら基体
101、枠体102、固定部材103、入出力端子104および蓋体
107とで光半導体素子106を内部に収納する容器が構成さ
れる。 【０００３】この光半導体パッケージは、一般に、光半
導体素子106を載置する載置用基台111と光半導体素子10
6からの出射光を集光したり平行光に変換する透光性部
材108ａを固定する固定ホルダ109とが搭載されるペルチ
ェ素子等の電子冷却素子110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
を囲繞するように銀ロウ等のロウ材により接合される枠
体102とを有する。また、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、入出力端子104が
取付部102ｂに銀ロウ等のロウ材によって接合される。
さらに、蓋体107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110より発生する熱
を吸収し大気中に放散する放熱板として機能するととも
に電子冷却素子110を支持する支持部材である。また、
枠体102は、基体101の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金や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104が嵌着
される取付部102ｂが設けられる。 【０００５】なお、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108ｂが半田や低融点ガラス等により
接合される。また、光アイソレータ113および光ファイ
バ112が半田や樹脂接着剤等の接合材115により接着され
た金属ホルダ114が、固定部材103の枠体102外側の端面
にＹＡＧレーザ溶接等の溶接法により接合されて、光半
導体パッケージ内部の気密性を保つ。 【０００６】さらに、入出力端子104は、枠体102に熱膨
張係数が近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックスや
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等のセラミッ
クスから成る。この入出力端子104には、モリブデン
（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを
焼成してなるとともに、枠体102内外を導通させるため
のメタライズ配線層（図示せず）が形成される。 【０００７】また、載置用基台111は、電子冷却素子110
の熱膨張係数と近似するＡｌ₂Ｏ₃セラミックスや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、Ｍｏ−Ｍｎ等から成る金属ペーストを焼成して成る
とともに高周波信号が伝送される配線導体が形成され、
また光半導体素子106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110は、一般にＰ型素
子とＮ型素子から成る熱電半導体素子から構成され、熱
電半導体素子に電流を流すことによりペルチェ効果を生
じさせ、吸熱または発熱を行なう。そして、電子冷却素
子110は載置部101ａにインジウム（Ｉｎ）−鉛（Ｐｂ）
−銀（Ａｇ）半田や錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の半
田により取着される。 【０００９】そして、枠体102の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金等の金属またはＡｌ₂Ｏ₃セラミック等のセラミ
ックスから成る蓋体107を、枠体102の蓋体107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106を気密に収納する。この
ように、基体101、枠体102、入出力端子104、固定部材1
03および蓋体107とで光半導体素子106を光半導体パッケ
ージ内部に収納するとともに、載置用基台111に載置さ
れた光半導体素子106と入出力端子104とをボンディング
ワイヤ等で電気的に接続することにより、光半導体素子
106に高周波信号を入出力して作動させる光半導体装置
となる。 【００１０】 【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、例えば基体101を構
成する金属がＣｕ−Ｗ合金、枠体102を構成する金属が
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、入出力端子104を構成する誘電
体がＡｌ₂Ｏ₃セラミックスである場合、それぞれの熱膨
張係数は相違する。従って、基体101と枠体102および入
出力端子104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1
02および入出力端子104との熱膨張係数差に起因して生
じる内部応力により、基体101には最大高低差10〜30μ
ｍ程度の反りが生じ、固定部材103が取着された枠体102
の側部には基体101との接合部を支点として0.8°程度の
傾きが発生していた。その結果、光半導体素子106と透
光性部材108ａ，108ｂおよび光ファイバ112との光軸を
調芯し光半導体装置を組み立てる際に、固定部材103に
取着される光ファイバ112や透光性部材８ｂの光軸が、
光半導体素子106の光軸とずれるために光結合効率が劣
化していた。 【００１１】また、光半導体装置を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101の反りが矯正された
り、光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回
路基板等により基体101が矯正されることにより、基体1
01とともに光半導体装置全体が変形する。その結果、基
体101の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102の側部が基体101と枠体102と
の接合部を支点とし、枠体102の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。従って、基体10
1上面の中央部に電子冷却素子110と載置用基台111を介
して載置された光半導体素子106と透光性部材108ａ，10
8ｂと光ファイバ112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。このため、透光性部材108ａ，1
08ｂを介する光半導体素子106と光ファイバ112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
問題点があった。 【００１２】そこで、上記問題点を解消するために、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。 【００１３】また、上記問題点を解決する他の構成とし
て、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基板等にネジ止め
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ない得るとともに光半導体
装置の薄型化が可能となる。 【００１４】しかしながら、従来例２の光半導体パッケ
ージでは、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
精度も低下し易く、基体とネジ止め部が別体であるため
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。 【００１５】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が第１の
底板から銀ロウを介して第２の底板へ伝わる際の熱伝達
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。 【００１６】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
ているとともに、中長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。そこで、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構成となっ
ている。しかし、電子冷却素子の熱が基体を介して枠体
に伝達することにより光半導体パッケージ全体が高温と
なり、光半導体素子およびそれを駆動させる駆動素子が
加熱され高温となることから、光半導体素子が熱破壊を
起こしたり、熱による特性劣化を引き起こし誤動作が生
じるといった問題点があった。 【００１７】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、光半導体パッケージの
製造工程で生じた基体の反りと、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パッケージの
変形と、光半導体装置の作動時の電子冷却素子や光半導
体素子や駆動素子の熱による光半導体パッケージの高熱
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。 【００１８】 【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金属製の基
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、側部を貫通するかまたは前記側部の上端を切り欠
いて成る入出力端子の取付部が形成されているとともに
前記側部に隣接する側部に貫通孔が形成されている略四
角形の金属製の枠体と、前記取付部に嵌着された入出力
端子と、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一端が接合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、前記枠体は、前記取付部が形成された前記側
部の下端に内外を貫通する切欠き部が形成されていると
ともに該切欠き部にヤング率が3.3×0⁵Ｎ／ｍｍ²以上で
厚さが１〜３ｍｍの補強部材が嵌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。 【００１９】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、光半導体パッケージの製造工程
で基体と枠体との熱膨張係数差に起因し生じる枠体の変
形と光ファイバ固定部材の傾きを有効に抑制できる。こ
れにより、光ファイバ固定部材に取着される光ファイバ
や透光性部材の光軸の傾きが抑制され、光半導体素子と
の光軸のズレが小さくなることから、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安定して行ない
得る。また、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部で
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たり、
外部電気回路基板等の反りにより基体が矯正されること
による、基体の載置部に生じる高さ方向の変位と枠体に
生じる変形とを有効に抑制できる。その結果、光半導体
素子と透光性部材と光ファイバ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のズレを小さくでき、光
結合効率の劣化を有効に抑制できるとともに、安定した
光信号の入出力を行なうことができる。 【００２０】また、枠体の側部の下端に側部に沿うよう
に基体上面との間に補強部材を嵌着することにより、光
半導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする際の外
力に対する光半導体素子収納用パッケージ全体の曲げモ
ーメントに対する剛性が向上する。その結果、基体の載
置部と光ファイバ固定部材の高さ方向の変位を有効に抑
制できることから、光半導体装置を外部電気回路基板等
にネジ止めし接合する際の、光半導体素子と光ファイバ
との光軸のズレによる光結合効率の著しい劣化を有効に
抑制できる。 【００２１】 【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，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例を示
し、図１は光半導体パッケージの側断面図、図２は光半
導体パッケージの正面断面図である。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８ｂや光アイソレータ13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
材ともいう）、４は光半導体パッケージの内外を電気的
に導通接続するための入出力端子、６はＬＤ，ＰＤ等の
光半導体素子、７は蓋体である。これら基体１、枠体
２、固定部材３、入出力端子４および蓋体７とで、内部
に光半導体素子６を収納するための容器が基本的に構成
される。また、固定部材３の枠体２外側の端面には、光
アイソレータ13と光ファイバ12とを半田や樹脂等からな
る接着剤15で接着した金属ホルダ14がＹＡＧレーザ溶接
等により固定される。 【００２２】本発明の基体１は、光半導体素子６および
固定ホルダ９を支持するための支持部材ならびに電子冷
却素子10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10を載置する載置
用基台11と透光性部材８ａが固定された固定ホルダ９と
を載置する載置部１ａが設けられている。載置部１ａに
は、載置用基台11がＳｎ−Ｐｂ半田等の低融点ロウ材を
介して取着され、固定ホルダ９がＹＡＧレーザ溶接や半
田等により接合固定された電子冷却素子10が、低融点ロ
ウ材を介して載置される。そして、電子冷却素子10の熱
がこの低融点ロウ材を介して基体１に伝えられ外部に効
率良く放散されて、電子冷却素子10の作動性が良好にな
る。また、光半導体素子６より出射される光は、透光性
部材８ａ，８ｂにより集光されたり平行光に変換されて
光ファイバ12に授受される。 【００２３】この電子冷却素子10は一般に、Ｐ型素子と
Ｎ型素子と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流すことによりペルチェ効果を生じ
させ、吸熱または発熱を行なうものであり、Ｉｎ−Ｐｂ
−Ａｇ半田やＳｎ−Ｐｂ半田等の半田を介して載置部１
ａに取着される。また、電子冷却素子10の上面には、基
体１との接合材である半田より低融点の接合材により載
置用基台11や固定ホルダ９が取着固定される。 【００２４】また、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0.5〜９
μｍ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が酸化腐食するのを有効に防止するととも
に、基体１上面に載置用基台11を介して光半導体素子６
を強固に接合できる。 【００２５】載置用基台11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
似するアルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミ
ックス等の誘電体から成る。この載置用基台11は、光半
導体素子６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８ａ，８ｂと光半導体素子６と光ファイバ12との光軸
が合うように調節することができる。載置用基台11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６を搭載するための導体層が形成
される。 【００２６】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形成さ
れる貫通孔２ａと取付部２ｂと切欠き部２ｃとを有して
おり、貫通孔２ａの枠体２外側開口の周囲に筒状の固定
部材３の一端が接合されるかまたは貫通孔２ａに固定部
材３が嵌着接合される。枠体２の取付部２ｂには入出力
端子４が、切欠き部２ｃには補強部材５が嵌着接合され
る。この枠体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層をメッキ
法により順次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するとともに、枠体２に固定部材
３と入出力端子４と補強部材５とを強固に接合できる。 【００２７】また、本発明の枠体２は、取付部２ｂが形
成された側部の下端に内外を貫通する切欠き部２ｃが形
成されているとともに切欠き部２ｃにヤング率が3.3×1
0⁵Ｎ／ｍｍ²以上で厚さが１〜３ｍｍの補強部材５が嵌
着されている。この構成により、光半導体パッケージの
製造工程で枠体２と入出力端子４との熱膨張係数差によ
り生じる、側部２ｄから側部２ｅにわたって枠体２が上
側に反ったり下側に反るのを補強部材５と入出力端子４
とで抑制できる。即ち、入出力端子４と熱膨張係数の異
なる枠体２を、入出力端子４とその熱膨張係数に近似す
る補強部材５とで挟み込むことで枠体２の反りを矯正す
る。これにより、側部２ｄに取着される固定部材３の中
心軸の傾きを小さくできることから、この固定部材３に
取着される光ファイバ12や透光性部材8bの光軸の傾きを
抑制することができる。 【００２８】また、本発明の補強部材５は、側部２ｄか
ら側部２ｅにわたる基体１の上方向の反りまたは下方向
の反りを抑制して、光半導体パッケージの外力に対する
曲げ剛性を向上させることができる。即ち、ヤング率が
1.2×10⁵Ｎ／ｍｍ²であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や、ヤ
ング率が2.9×10⁵Ｎ／ｍｍ²であるＣｕ−Ｗ合金等から
なる基体１の上面に、ヤング率が3.3×10⁵Ｎ／ｍｍ²以
上の補強部材５を嵌着することにより、側部２ｄから側
部２ｅにわたる基体１の外力に対する曲げ剛性を向上す
ることができる。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外部電気回路基板等にネジ止めする
場合、光半導体パッケージの製造工程で生じた基体１の
反りが矯正されたり、接合面に反りを有する外部電気回
路基板等で基体１が矯正されて生じる、側部２ｄから側
部２ｅにわたる基体１の変形を抑制できる。従って、枠
体２の変形とともに固定部材５の傾きと高さ方向の変位
を抑制することができ、載置用基台11等を介して載置さ
れる光半導体素子６と、固定部材３に取着される光ファ
イバ12および透光性部材８ｂとの高さ方向のズレが小さ
くなるとともに光軸のズレを抑制できる。 【００２９】なお、補強部材５のヤング率が3.3×10⁵Ｎ
／ｍｍ²未満の場合、光半導体装置を基体の四隅のネジ
止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする際、基体１
や枠体２の撓みを補強部材５により矯正することができ
ずに、基体１および枠体２の変形が大きくなる。その結
果、光半導体素子６および透光性部材８ａと、光ファイ
バ12と透光性部材８ａとの間に、高さ方向に３μｍ程度
の光軸のズレが生じ、光半導体素子６と光ファイバ12と
の光結合効率が約30％劣化する。 【００３０】また、補強部材５の厚さが１ｍｍ未満の場
合、光半導体パッケージの製造工程で生じる基体１と枠
体２との内部応力に対し、補強部材５に十分な強度が得
られずにクラックが生じ光半導体パッケージの気密性を
保持できなくなる。また、光半導体装置を外部電気回路
基板にネジ止めする際に生じる基体１への曲げモーメン
トに対し、光半導体パッケージ全体の変形を抑制するの
に十分な補強部材５の曲げに対する剛性を得ることがで
きない。さらに、厚さが１ｍｍ未満の補強部材５は加工
が困難であり、製造コストが増大することとなる。３ｍ
ｍを超えると、補強部材５にＡｌ₂Ｏ₃やＡｌＮ等のセラ
ミックスを用いる場合、枠体２の金属部分の面積の割合
が小さくなり、外部に対する電磁シールドの効果が減少
し、光半導体装置が長期にわたり正常かつ安定に作動す
るのが困難になる。 【００３１】なお、補強部材５は、光半導体装置を外部
電気回路基板に接合する際の支障とならない程度に、枠
体２の外面から外側に突出していてもよく、光半導体パ
ッケージの軽量化や電子冷却素子10または載置用基台を
載置する際に支障とならない程度に枠体２の内側に突出
していてもよい。 【００３２】また、本発明の補強部材は、熱伝導率が20
Ｗ／ｍ・Ｋ以下がよい。これにより、光半導体素子６や
駆動素子の熱が基体１を介して枠体２に伝達されて光半
導体パッケージ全体が高温になることを抑制できる。即
ち、電子冷却素子10の熱が基体１を介して枠体２に伝達
することにより光半導体パッケージ全体が高温となり、
光半導体素子６および駆動素子が加熱され高温となるこ
とから、熱破壊を起こしたり、熱による特性劣化を引き
起こし誤動作を生じることを抑えることができる。な
お、熱伝導率が20Ｗ／ｍ・Ｋを超える場合、光半導体装
置の作動時に電子冷却素子10や光半導体素子６より基体
１を介して枠体２に伝達する熱を、補強部材５により十
分に遮断することができない。 【００３３】なお、補強部材５は、基体１および入出力
端子４と熱膨張係数が近似するＡｌ ₂Ｏ₃セラミックス
（ヤング率3.5×10⁵Ｎ／ｍｍ²）等のセラミックス、ま
たはＷ（ヤング率3.5×10⁵Ｎ／ｍｍ²）等の金属から成
る。補強部材５がセラミックスの場合、その熱膨張係数
を入出力端子４の熱膨張係数に容易に整合させることが
できる。また、補強部材５が金属の場合、光半導体装置
外部から内部の光半導体素子６への電磁シールド効果を
低下させずに光半導体パッケージの剛性を向上させるこ
とができる。さらに、補強部材５がＷの場合、ヤング率
が大きいため基体１の反りが大きく抑制される。例え
ば、補強部材５がない場合基体１の反りは27μｍ程度あ
るが、Ｗから成る補強部材５を用いた場合15μｍ程度に
抑えられる。 【００３４】また、入出力端子４は、基体１および補強
部材５に熱膨張係数が近似するＡｌ ₂Ｏ₃セラミックスや
ＡｌＮセラミックス等のセラミックスから成る。この入
出力端子４には、Ｍｏ−Ｍｎ等から成る金属ペーストを
焼成してなるとともに、枠体２内外を導通させるための
メタライズ配線層（図示せず）が形成される。 【００３５】また、枠体２の貫通孔２ａに設けられる固
定部材３は、光ファイバ12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２ａ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２の熱膨張係数に近似するＦ
ｅ−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の枠体２外側の端面には、戻り光防止用の光ア
イソレータ13と光ファイバ12とを樹脂接着剤15で接着し
た金属ホルダ14が半田材やＹＡＧレーザ溶接により接合
される。固定部材３の内部には、光半導体素子６より出
射される光信号の消光比の劣化が生じない非晶質ガラス
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８ｂが、半田
または低融点ガラス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。 【００３６】透光性部材８ａ，８ｂは、熱膨張係数が４
×10^-6〜12×10^-6／℃（室温〜400℃）の非晶質ガラス
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８ａ，８ｂは、光半
導体素子６からの出射光を集光したり平行光に変換して
光ファイバ12に入力するための集光部材として用いられ
る。また、透光性部材８ａ，８ｂ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６からの出射光が透光性部材８
ａ，８ｂで複屈折の影響を及ぼされず、効率良く光ファ
イバ12に光信号を入力できる。 【００３７】また、透光性部材８ｂ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６を
収納した光半導体装置の気密が行なわれ、光半導体素子
６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８ｂ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８ｂを用いること
により、光半導体素子６と光ファイバ12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
の入出力を行なうことができる。 【００３８】透光性部材８ａを固定する固定ホルダ９は
載置用基台11の熱膨張係数と近似する金属から成り、固
定ホルダ９に形成された貫通孔に透光性部材８ａが嵌着
される。そして、固定ホルダ９は、光半導体素子６と透
光性部材８ａ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10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。 【００３９】また、蓋体７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。 【００４０】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10と載置用基台1
1を介して光半導体素子６を載置し、光半導体素子６の
各電極と載置用基台11上面の配線導体および入出力端子
４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７を接合し、基体１と枠体２と
固定部材３と蓋体７とから成る容器の内部に光半導体素
子６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。 【００４１】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。例えば、図３に示すように、切
欠き部２ｃを枠体２の側部２ｄから側部２ｅにかけて形
成し、その切欠き部２ｃに略直方体の補強部材５を嵌着
することにより、光半導体装置を外部電気回路基板等に
接合する際に生じる曲げモーメントに対する光半導体パ
ッケージの剛性がより向上する。その結果、光半導体装
置を外部電気回路基板等に接合する際に生じる光半導体
素子６と透光性部材８ａ，８ｂおよび光ファイバ12の高
さ方向の変位がさらに小さくなり光軸のズレが有効に抑
制されることから、透光性部材８ａ，８ｂを介した光半
導体素子６と光ファイバ12との光信号の入出力を効率よ
く行なうことができる。 【００４２】 【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。 【００４３】図１，図２の本発明の光半導体パッケージ
を以下のようにして構成した。 【００４４】Ｃｕ−Ｗ合金から成る縦30ｍｍ×横13ｍｍ
×厚さ１ｍｍの長方形の基体１の上面の外周部に、Ｆｅ
−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る縦20ｍｍ×横12ｍｍ×高さ6
ｍｍの平面視形状が長方形の枠体２をＡｇろう材で接合
した。基体１および枠体２の表面には、厚さ0.5〜９μ
ｍのＮｉメッキ層および厚さ0.5〜９μｍのＡｕメッキ
層を被着してある。基体１の載置部１ａに、電子冷却素
子10としてのペルチェ素子とアルミナセラミックスから
成る載置用基台11を介して、ＬＤである光半導体素子６
を載置した。電子冷却素子10はＳｎ−Ｐｂ半田で載置部
１ａに接合し、載置用基台11は電子冷却素子10の上面に
Ｓｎ−Ｐｂ半田で接合した。また、電子冷却素子10の上
面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る固定ホルダ９を半田
で接合した。固定ホルダ９の貫通孔には非晶質ガラスか
ら成るレンズ状の透光性部材８ａがメタライズ層を介し
てＡｕ−Ｓｎ半田で嵌着接合されている。 【００４５】枠体２の上端を切り欠いて成る取付部２ｂ
に、アルミナセラミックスから成る入出力端子４を嵌着
しＡｇろう材で接合した。この入出力端子４には枠体２
内外を導通するようにＭｏ−Ｍｎから成るメタライズ配
線層が形成してある。そして、光半導体素子６の各電極
と載置用基台11上面の配線導体および入出力端子４とを
ボンディングワイヤで電気的に接続した。また、枠体２
の貫通孔２ａの枠体２外側開口の周囲に、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金から成る円筒状の固定部材３の一端をＡｇろう
材で接合した。固定部材３の内部には非晶質ガラスから
成るレンズ状の透光性部材８ｂがメタライズ層を介して
Ａｕ−Ｓｎ半田で嵌着接合されている。また、固定部材
３の他端には、光アイソレータ13と光ファイバ12とを半
田から成る接着剤15で接着した金属ホルダ14をＹＡＧレ
ーザ溶接で固定した。 【００４６】枠体２の取付部２ｂが形成された側部の下
端に形成された切欠き部２ｃに、種々のヤング率および
種々の厚さの直方体の補強部材５を嵌着し、Ａｇろう材
で接合して光半導体パッケージを作製した。なお、補強
部材５の長さは２ｍｍとした。また、比較例として、枠
体２に切欠き部２ｃが形成されておらず補強部材５が設
けられていない光半導体パッケージを作製した。 【００４７】これらの光半導体パッケージについて、光
半導体パッケージの製造工程で生じた固定部材３の中心
軸の傾き、その場合の光結合効率、枠体２上面にＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る蓋体７を接合して成る光半導体
装置を外部電気回路基板にネジ止めした際の光半導体素
子６の光軸と固定部材３の中心軸との高さ方向の変位、
その場合の光結合効率をシミュレーションした結果を表
１に示す。 【００４８】 【表１】 【００４９】表１より、例えばヤング率が3.3×10⁵Ｎ／
ｍｍ²で厚さが２ｍｍの直方体の補強部材５を切欠き部
２ｂに嵌着した本発明の光半導体パッケージの場合、固
定部材３の中心軸の傾きは0.1°程度に抑制され、光結
合効率は60％程度であった。これに対して、補強部材５
を有していない従来の光半導体パッケージの場合、固定
部材３の中心軸の傾きは0.8°程度であり、光結合効率
は0.5％程度であった。 【００５０】また、従来の光半導体パッケージの場合、
光半導体素子６と固定部材３との高さ方向の変位は10μ
ｍ程度であり、光結合効率は１％未満になり大幅に劣化
した。これに対して、例えば、ヤング率が3.3×10⁵Ｎ／
ｍｍ²で厚さが２ｍｍの直方体の補強部材５を切欠き部
２ｂに嵌着した本発明の光半導体パッケージの場合、光
半導体素子６と固定部材３との高さ方向の変位は７μｍ
程度であり、最終的な光結合効率は21％程度であった。 【００５１】また、ＮＯ．９のＷから成る補強部材５の
場合、光結合効率は十分ではあるが、厚さが薄いため加
工が難しく高コストなものとなる。 【００５２】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等差し支えない。 【００５３】 【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、入出力端子が嵌着される取付部が形成された枠体の
側部の下端に内外を貫通する切欠き部が形成されている
とともにこの切欠き部にヤング率が3.4×10⁵Ｎ／ｍｍ²
以上で厚さが１〜３ｍｍの補強部材が嵌着されているこ
とにより、光半導体素子収納用パッケージの製造工程で
基体と枠体との熱膨張係数差に起因して生じる枠体の変
形および光ファイバ固定部材の傾きと、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、基体の
略中央部における高さ方向の変位と、枠体に生じる変形
とを有効に抑制できる。その結果、光半導体素子と透光
性部材と光ファイバ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のズレを小さくでき、光結合効率の
劣化を有効に抑制できるとともに安定した光信号の入出
力を行なうことができる。

【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
て実施の形態の一例を示す側断面図である。 【図２】図１の光半導体素子収納用パッケージの光半導
体素子部における正面断面図である。 【図３】本発明の光半導体素子収納用パッケージについ
て実施の形態の一例を示す側面図である。 【図４】従来の光半導体素子収納用パッケージの側断面
図である。 【図５】図４の光半導体素子収納用パッケージの光半導
体素子部における正面断面図である。 【符号の説明】 １：基体 １ａ：載置部 ２：枠体 ２ａ：貫通孔 ２ｂ：入出力端子の取付部 ２ｃ：切欠き部 ３：光ファイバ固定部材 ４：入出力端子 ５：補強部材 ６：光半導体素子 ８ａ，８ｂ：透光性部材 11：載置用基台 12：光ファイバ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【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金属製の基体
   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、側部を貫通するかまたは前記側部の上端を切り欠い
   て成る入出力端子の取付部が形成されているとともに前
   記側部に隣接する側部に貫通孔が形成されている略四角
   形の金属製の枠体と、前記取付部に嵌着された入出力端
   子と、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一端が接合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、前記枠体は、前記取付部が形成された前記側部
   の下端に内外を貫通する切欠き部が形成されているとと
   もに該切欠き部にヤング率が3.3×10⁵Ｎ／ｍｍ²以上で
   厚さが１〜３ｍｍの補強部材が嵌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。