JP2003282759A - 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】 板状の透光性部材に主面から側面を貫通する
クラックが発生することを防止して、光半導体素子収納
用パッケージ内部に収容する光半導体素子を気密に収容
するとともに長期にわたり正常かつ安定に作動させ、ま
た光信号を効率よく伝送させ得るものとすること。 【解決手段】 光半導体素子収納用パッケージは、保持
部材５の内側で光半導体素子８の載置部１ａ側の一端部
に保持された板状の透光性部材４が、保持部材５の内周
面の全周にわたって連続して形成された、枠体２の厚さ
よりも薄い突起部５ｂに、一主面の外周部がメタライズ
層４ａを介してろう付けされて保持されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信分野等に用
いられ、光半導体素子を収納するための光半導体素子収
納用パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信分野等で用いられ高い周波
数で作動する半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード
（ＰＤ）等の光半導体素子を気密封止して収容するため
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）の例を図５に示す。また、図５の光半
導体パッケージにおける透光性部材および保持部材を図
６に示す。図５において、21は基体、22は枠体、24は透
光性部材、26は光ファイバ、28は光半導体素子である。

【０００３】基体21は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）
−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン
（Ｗ）合金等の金属、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃），窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ），ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂）等のセラミックスから成り、その上側主面の略中央
部には、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子28が載置される載
置部21ａが形成されている。載置部21ａには、光半導体
素子28が、回路基板やサブキャリア等の載置用基台29を
介して載置固定される。

【０００４】基体21の上側主面の外周部には、載置部21
ａを囲繞するようにして接合され、一側部に光信号の入
出力部となる貫通孔22ａを有する、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金等の金属やＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ
₂等のセラミックスから成る枠体22が接合され立設され
ている。

【０００５】また、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から
成り、中央部の軸方向に貫通孔25ａが形成された、透光
性部材24と光ファイバ26とを保持するための円筒状の保
持部材25が、貫通孔22ａに嵌着されてその内面に接合さ
れる。保持部材25の貫通孔25ａの枠体22内側の一端の開
口を塞ぐように、貫通孔25ａの開口の周囲に透光性部材
24が接合される。この透光性部材24はガラスやサファイ
ア等から成る円板状等の部材であり、その両主面は光学
研磨され、光信号を無駄なく透過させる。透光性部材24
の一主面の外周部にメタライズ層24ａを形成し、メタラ
イズ層24ａと保持部材25とをろう付けにより接合するこ
とによって、保持部材25に気密に接合される。

【０００６】枠体22の上面には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
等の金属から成る蓋体23がろう付け法やシームウエルド
法等の溶接法で接合され、基体21、枠体22、蓋体23、透
光性部材24および保持部材25から構成される容器内部に
光半導体素子28を収容し気密に封止する。そして、光フ
ァイバ26固定用の枠状や筒状の金属製の光ファイバ固定
部材（以下、固定部材ともいう）27が、保持部材25の枠
体22外側の一端に溶接され、光ファイバ26が固定部材27
に外部から挿通固定されて枠体22の一側部に固定される
ことによって、製品としての光半導体装置となる。

【０００７】この光半導体装置は、外部電気回路から供
給される電気信号によって光半導体素子28に光を励起さ
せ、この光を透光性部材24、光ファイバ26の順に透過さ
せ、光ファイバ26を介して外部に伝送することによっ
て、高速光通信等に使用される。または、外部から光フ
ァイバ26を伝送されてくる光信号を、透光性部材24を透
過させ、光半導体素子28に受光させて光信号を電気信号
に変換することによって、高速光通信等に使用される。

【０００８】

【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、透光性部材24のメタ
ライズ層24ａをろう付けによって保持部材25に接合する
と、メタライズ層24ａに保持部材25との熱膨張差による
熱応力が加わり、メタライズ層24ａの内周端の透光性部
材24との界面に透光性部材24から剥がれようとする応力
が加わる。そして、透光性部材24にメタライズ層24ａの
内周端との界面を起点に外周側に伸びるクラックが入
り、このクラックは時間を経るに従って透光性部材24内
で成長し、透光性部材24の主面と側面間を貫通するクラ
ックとなると、光半導体パッケージ内を気密に保持でき
なくなるという問題点があった。

【０００９】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、透光性部材にクラックが
発生することを防止して、光半導体パッケージの内部に
収容する光半導体素子を気密に収容し、光半導体素子を
長期にわたり正常かつ安定に作動させ、また光信号を効
率よく伝送させ得る光半導体パッケージを提供すること
にある。

【００１０】

【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、上側主面に光半導体素子を載置する
載置部を有する基体と、該基体の前記上側主面の外周部
に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔
が形成された枠体と、前記貫通孔に嵌着された筒状の透
光性部材の保持部材と、該保持部材の内側で前記載置部
側の一端部に保持された板状の透光性部材とを具備した
光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記透光性部
材は、前記保持部材の内周面の全周にわたって連続して
形成された、前記枠体の厚さよりも薄い突起部に、一主
面の外周部がメタライズ層を介してろう付けされて保持
されていることを特徴とする。

【００１１】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、透光性部材を保持部材の突起部
にメタライズ層を介してろう付けする際に発生する熱応
力が低減されるため、透光性部材のメタライズ層の内周
端の部位を起点として外周側に伸びるクラックの発生を
防止できる。従って、メタライズ層を半田等のろう材に
よって保持部材にろう付けした際にメタライズ層に熱応
力が加わって、透光性部材のメタライズ層の内周端の部
位を起点とし外周側に伸びるクラックが入るのを防ぐこ
とができる。

【００１２】その結果、透光性部材の主面と側面間を貫
通するクラックの形成を防止し、光半導体素子収納用パ
ッケージの内部に収容する光半導体素子を気密に収容で
き、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動さ
せ得るとともに、光信号を効率よく伝送させ得る光半導
体素子収納用パッケージとすることができる。

【００１３】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、好ましくは、前記突起部は前記枠体の内面の延長面
と外面の延長面との間に位置していることを特徴とす
る。

【００１４】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、例えば基体の両端部のネジ取付
部の貫通孔にネジを挿入して外部電気回路基板に基体を
ネジ止め固定した際に生じる基体の歪みが保持部材に伝
わって生じる保持部材の変形を抑えることができる。そ
の結果、光ファイバの入出力端面が、光半導体素子の光
入出力端面に対して位置ずれすることを防止し、これら
の光結合効率が劣化することを防止できる。

【００１５】本発明の光半導体装置は、上記本発明の光
半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に前記透光
性部材に光学的に結合するようにして載置固定された光
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。

【００１６】本発明の光半導体装置は、上記の構成によ
り、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用い
た信頼性の高いものとなる。

【００１７】

【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断
面図であり、１は基体、２は枠体、４は透光性部材、５
は保持部材、６は光ファイバ、８は光半導体素子であ
る。

【００１８】本発明の光半導体パッケージは、上側主面
に光半導体素子８を載置する載置部１ａを有する基体１
と、基体１の上側主面の外周部に載置部１ａを囲繞する
ように接合され、側部に貫通孔２ａが形成された枠体２
と、貫通孔２ａに嵌着された筒状の透光性部材４の保持
部材５と、保持部材５の内側で載置部１ａ側の一端部に
保持された板状の透光性部材４とを具備し、透光性部材
４は、保持部材５の内周面の全周にわたって連続して形
成された、枠体２の厚さよりも薄い突起部５ｂに、一主
面の外周部がメタライズ層４ａを介してろう付けされて
保持されている。図２に示すように、突起部５ｂの厚さ
Ｘ１は枠体２の厚さＸ２よりも薄くなっている。

【００１９】本発明の基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
やＣｕ−Ｗ合金等の金属、またはＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，３
Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂等のセラミックスから成る。金属
から成る場合、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
状に製作される。また、基体１が例えばＡｌ₂Ｏ₃セラミ
ックスから成る場合以下のようにして作製される。Ａｌ
₂Ｏ₃，酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化カルシウム（Ｃａ
Ｏ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当
な有機バインダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合し
て泥漿状となす。これを従来周知のドクターブレード法
でシート状となすことによって複数枚のセラミックグリ
ーンシートを得る。しかる後、これらのセラミックグリ
ーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、還元雰囲気中
で約1600℃の温度で焼成することによって製作される。

【００２０】基体１の上側主面には、ＬＤ，ＰＤ等の光
半導体素子８が載置される載置部１ａが形成されてお
り、載置部１ａには光半導体素子８が回路基板やサブキ
ャリア等の載置用基台９を介して載置固定される。

【００２１】また、基体１の上側主面の外周部には、載
置部１ａを囲繞するようにして接合されるとともに一側
部に光信号の入出力部となる貫通孔２ａを有する枠体２
が接合立設される。貫通孔２ａには、枠体２外側の一端
に光ファイバ６固定用の枠状や筒状の固定部材７が接合
された筒状の保持部材５が嵌着される。この枠体２は、
基体１とともにその内側（内部空間）に光半導体素子８
を収容する空所を形成する。枠体２は平面視形状が略長
方形の枠状体であり、光ファイバ６を支持するものであ
る。また、基体１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ
−Ｗ合金等の金属、またはＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，３Ａｌ₂
Ｏ₃・２ＳｉＯ₂等のセラミックスから成り、基体１と一
体成形される、または基体１にＡｇろう等のろう材でろ
う付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接
合されることによって、基体１の上側主面の外周部に接
合される。

【００２２】透光性部材４を保持するための保持部材５
はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る。保持部材５
には、中央部の軸方向に貫通孔５ａが形成されており、
貫通孔５ａを塞ぐように透光性部材４が保持部材５の内
周面の突起部５ｂにメタライズ層４ａを介してろう付け
されている。透光性部材４はＡｇろう，金（Ａｕ）−錫
（Ｓｎ）半田，鉛（Ｐｂ）−Ｓｎ半田等を用いたろう付
けによって気密に接合される。

【００２３】保持部材５を貫通孔２ａに嵌着することに
より、枠体２に対する保持部材５の取り付けの位置ずれ
を抑制し、光ファイバ６の光軸と光半導体素子８の光軸
との位置合わせを確実にできるとともに、透光性部材４
と固定部材７の両方が保持部材５に接合されることか
ら、光ファイバ６に対する透光性部材４の位置ずれも防
止でき、光信号を無駄なく確実に伝送できる。

【００２４】透光性部材４は、ガラスやサファイア等か
ら成る円板状等の板状のものであり、一主面の外周部に
全周にわたってメタライズ層４ａが形成されており、メ
タライズ層４ａをろう付けすることによって、保持部材
５に気密に接合される。メタライズ層４ａは、従来周知
のモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等のメタライ
ズ層の表面にＮｉメッキ層やＡｕメッキ層が被着された
もの、またはチタン（Ｔｉ）層を下地として白金（Ｐ
ｔ）層、Ａｕ層が順次被着されたものである。さらに、
透光性部材４の主面の光信号透過部は光学研磨が施さ
れ、透過する光信号の波長に合わせて材料、厚さが適宜
選択された多層の誘電体層から成る反射防止層が施され
ている。

【００２５】突起部５ｂの厚さＸ１は、図２に示すよう
に枠体２の厚さＸ２に比べ薄くなっている。この構成に
より、透光性部材４を保持部材５の突起部５ｂにメタラ
イズ層４ａを介してろう付けする際に発生する熱応力
が、突起部５ｂが適度に変形することによって低減され
る。そのため、透光性部材４のメタライズ層４ａの内周
端の部位を起点として外周側に伸びるクラックの発生を
防止できる。従って、メタライズ層４ａを半田等のろう
材によって保持部材５にろう付けした際にメタライズ層
４ａに熱応力が加わって、透光性部材５のメタライズ層
４ａの内周端の部位を起点とし外周側に伸びるクラック
が入るのを阻止できる。その結果、透光性部材４の主面
と側面との間を貫通するクラックの形成を防止し、光半
導体パッケージの内部に収容する光半導体素子８を気密
に収容でき、光半導体素子８を長期にわたり正常かつ安
定に作動させ得るとともに、光信号を効率よく伝送させ
得る光半導体パッケージとすることができる。

【００２６】突起部５ｂの厚さＸ１は0.3〜1.5ｍｍであ
るのが好ましい。0.3ｍｍ未満では、枠体２の厚さＸ２
（1.5ｍｍ程度）に対してかなり薄くなるため、突起部
５ｂの剛性が枠体２よりもかなり低くなって極度に変形
し易くなる。その結果、透光性部材４を保持部材５の突
起部５ｂにメタライズ層４ａを介してろう付けする際に
発生する熱応力が部分的に残り、透光性部材４のメタラ
イズ層４ａの内周端の部位を起点として外周側に伸びる
クラックが発生し易くなり、光半導体パッケージの気密
性を保持するのが困難になる。また、1.5ｍｍを超える
と、枠体２の厚さＸ２（1.5ｍｍ程度）と同じかまたは
超えてしまうため、突起部５ｂの剛性が枠体２よりも高
くなって変形しにくくなる。その結果、透光性部材４を
保持部材５の突起部５ｂにメタライズ層４ａを介してろ
う付けする際に発生する熱応力が低減されず、透光性部
材４のメタライズ層４ａの内周端の部位を起点として外
周側に伸びるクラックが発生し易くなる。

【００２７】また、図４に示すように、突起部５ｂは枠
体２の内面の延長面と外面の延長面との間に位置してい
ることが好ましい。これにより、枠体２の変形に対する
保持部材５の剛性が高まり、基体１の両端部のネジ取付
部（図示せず）の貫通孔にネジを挿入して外部電気回路
基板に基体１をネジ止め固定した際に生じる基体１の歪
みが保持部材５に伝わって生じる保持部材５の変形を抑
えることができる。その結果、光ファイバ６の入出力端
面が、光半導体素子８の光入出力端面に対して位置ずれ
することを防止し、これらの光結合効率が劣化すること
を防止できる。より好ましくは、突起部５ｂは枠体２の
内面の延長面と外面の延長面との間の略中心に位置する
ように形成されているのがよい。これにより、確実に保
持部材５の変形を抑えることができる。

【００２８】また、突起部５ｂの長さは、その先端がメ
タライズ層４ａの内周端に達しておらずメタライズ層４
ａの形成部内に存在するような長さが好ましい。この場
合、クラックが発生し易い透光性部材４のメタライズ層
４ａの内周端の部位に、応力が加わりにくくなるため、
クラックの発生が大幅に抑制される。

【００２９】透光性部材４の保持部材５は、金属のイン
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製作される。透光性
部材４の接合は、図２に示すように透光性部材４の中心
軸と貫通孔５ａの中心軸が一致するようにして接合され
る。また、図３に示すように、突起部５ｂの透光性部材
４との接合面を傾斜面として、透光性部材４の中心軸と
貫通孔５ａの中心軸とが傾斜するようにずらして接合し
てもよい。この場合、透光性部材４の表面での光の反
射、特に正反射（光の入射面への垂直入射による反射）
を防ぐことにより、光の反射による損失を抑制すること
ができる。このとき、透光性部材４の中心軸と貫通孔５
ａの中心軸とのなす角度は１〜10°が好ましい。１°未
満では、光半導体素子８がＬＤである場合、光半導体素
子８からの光が透光性部材４表面で正反射し、その反射
光が光半導体素子８に戻って、反射光により光半導体素
子８の温度が上昇したり、光半導体素子８の発振周波数
がずれて光半導体素子８が誤作動する場合がある。また
光半導体素子８がＰＤである場合、光ファイバ６からの
光信号が透光性部材４表面で正反射し、その反射光が光
ファイバ６に戻って、光ファイバ６を伝送される光信号
にノイズが発生する原因となる。10°を超えると、透光
性部材４表面での斜め入射による反射光の強度が大きく
なり、透光性部材４で光信号を効率よく通過させること
が困難になる。

【００３０】光ファイバ６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等
の金属から成る枠状や円筒状の固定部材７に固定されて
おり、固定部材７の一端が保持部材５の枠体２外側の他
端にレーザ溶接法等の溶接によって接合され、光ファイ
バ６が固定部材７を介して枠体２の一側部に設けられ
る。これにより、光ファイバ６を介して光半導体パッケ
ージ内部に収容する光半導体素子８と外部との光信号の
授受が可能となる。

【００３１】そして、本発明の光半導体パッケージは、
光半導体素子８を載置部１ａに透光性部材４に光学的に
結合するようにして載置固定するとともに光半導体素子
８の電極を外部電気回路に電気的に接続し、しかる後、
枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る
蓋体３を半田付け法やシームウエルド法により接合する
ことにより、製品としての光半導体装置となる。この光
半導体装置は、外部電気回路から供給される電気信号に
よって光半導体素子８に光を励起させ、この光を透光性
部材４、光ファイバ６の順に透過させ、光ファイバ６を
介して外部に伝送することによって、高速光通信等に使
用される。または、外部から光ファイバ６を伝送されて
くる光信号を、透光性部材４を透過させ、光半導体素子
８に受光させて光信号を電気信号に変換することによっ
て、高速光通信等に使用される。

【００３２】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
すことは何等差し支えない。

【００３３】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、保持部材の内側で光半導体素子の載置部側の一端部
に保持された板状の透光性部材が、保持部材の内周面の
全周にわたって連続して形成された、枠体の厚さよりも
薄い突起部に、一主面の外周部がメタライズ層を介して
ろう付けされて保持されていることにより、透光性部材
を保持部材の突起部にメタライズ層を介してろう付けす
る際に発生する熱応力が低減できるため、透光性部材の
メタライズ層の内周端の部位を起点として外周側に伸び
るクラックの発生を防止できる。従って、メタライズ層
を半田等のろう材によって保持部材にろう付けした際に
メタライズ層に熱応力が加わって、透光性部材のメタラ
イズ層の内周端の部位を起点とし外周側に伸びるクラッ
クが入るのを防ぐことができる。

【００３４】その結果、透光性部材の主面と側面間を貫
通するクラックの形成を防止し、光半導体素子収納用パ
ッケージの内部に収容する光半導体素子を気密に収容で
き、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動さ
せ得るとともに、光信号を効率よく伝送させ得る光半導
体素子収納用パッケージとすることができる。

【００３５】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、好ましくは、突起部は枠体の内面の延長面と外面の
延長面との間に位置していることにより、基体の両端部
に形成されたネジ取付部の貫通孔にネジを挿入して外部
電気回路基板に基体をネジ止め固定した際に生じる基体
の歪みが保持部材に伝わって生じる保持部材の変形を抑
えることができる。

【００３６】本発明の光半導体装置は、上記本発明の光
半導体素子収納用パッケージと、載置部に透光性部材に
光学的に結合するようにして載置固定された光半導体素
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】本発明の光半導体素子収納用パッケージについ
て実施の形態の例を示す断面図である。

【図２】本発明の光半導体素子収納用パッケージにおけ
る透光性部材と保持部材およびその周辺を示す要部断面
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
て実施の形態の他の例を示し、透光性部材および保持部
材を示す要部断面図である。

【図４】本発明の光半導体素子収納用パッケージについ
て実施の形態の他の例を示す断面図である。

【図５】従来の光半導体素子収納用パッケージの例の断
面図である。

【図６】従来の光半導体素子収納用パッケージにおける
透光性部材および保持部材を示す断面図である。

【符号の説明】

１：基体 １ａ：載置部 ２：枠体 ２ａ：貫通孔 ４：透光性部材 ４ａ：メタライズ層 ５：保持部材 ５ｂ：突起部 ８：光半導体素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ２３Ｋ 101:12 Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上側主面に光半導体素子を載置する載置
   部を有する基体と、該基体の前記上側主面の外周部に前
   記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通孔が形
   成された枠体と、前記貫通孔に嵌着された筒状の透光性
   部材の保持部材と、該保持部材の内側で前記載置部側の
   一端部に保持された板状の透光性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、前記透光性部材
   は、前記保持部材の内周面の全周にわたって連続して形
   成された、前記枠体の厚さよりも薄い突起部に、一主面
   の外周部がメタライズ層を介してろう付けされて保持さ
   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】 前記突起部は前記枠体の内面の延長面と
   外面の延長面との間に位置してい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、前記載置部に前記透光性部材
   に光学的に結合するようにして載置固定された光半導体
   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。