JP2004172306A

JP2004172306A - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置

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Publication number: JP2004172306A
Application number: JP2002335679A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Fujiwara; 宏信藤原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-11-19
Filing date: 2002-11-19
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】光半導体装置を高集積化および多機能化するとともに、高周波信号を効率よく伝送させ得るものとし、また内部の気密信頼性を向上させるとともに光半導体素子の熱を外部に効率よく放熱し得るものとする。
【解決手段】貫通穴１ａが形成された平板状の金属製の基体１と、線路導体５ｃが形成されているとともに光半導体素子２の載置部が設けられた平板部５ｂおよび立壁部５ａから成り、貫通穴１ａに嵌着された入出力端子５と、貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に透光性部材４が接合された蓋体３とを具備する光半導体素子収納用パッケージにおいて、基体１の上側主面と平板部５ｂの光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離をＡ、基体１の厚みをＢ、基体１の下側主面と平板部５ｂの光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離をＣとしたとき、Ｂは０．３乃至１．５ｍｍであり、ＣはＡの１．５乃至５倍とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等の分野に用いられる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および光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信等の分野において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納した光半導体装置の例を図２に示す。図２は光半導体素子としてＬＤを内部に収納した光半導体装置の断面図である。同図において、２１は基体、２２は光半導体素子、２３は金属製の蓋体、２４は透光性部材、２５は外部接続用ピン、２６は光ファイバである。これらの基体２１と外部接続用ピン２５とで光半導体素子収納用パッケージが基本的に構成される。また、光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子２２を搭載し、透光性部材２４が接合された蓋体２３を接合することにより光半導体装置となる。
【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）合金等の金属から成り、その上側主面の略中央部には、光半導体素子２２が、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体等のセラミックスから成る略直方体の基台２８を介して基体２１の上側主面に対して垂直な面に搭載固定される。光半導体素子２２がこのように搭載されることにより、光半導体素子２２から発する光信号が基体２１の上方へ出射される。また、基体２１には、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなるピン２５を挿通させるために上下主面間を貫通する貫通孔２１ａが形成されており、貫通孔２１ａに光半導体装置内外を導通する端子としての外部接続用ピン２５を挿通させるとともに、外部接続用ピン２５と貫通孔２１ａとの隙間にガラス等の誘電体から成る接合材を充填させ、基体２１とピン２５とを気密に接合する。これにより、ピン２５が光半導体装置内外を導通する端子として機能する。
【０００４】
なお、基台２８に搭載された光半導体素子２２は、その電極が外部接続用ピン２５の光半導体素子２２側の先端とボンディングワイヤ２９等を介して電気的に接続されている。
【０００５】
また、基体２１の上側主面の外周部に接合され、上端が閉じられ下端２３ｃが開かれた筒状であり上端面２３ａの略中央部に貫通孔２３ｂが形成されており、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体２３が設けられる。蓋体２３の下端２３ｃは、例えば図２のような鍔状となっており、これにより基体２１と蓋体２３との接合面積が大きくなり、基体２１と蓋体２３とで構成される容器内部の気密信頼性が向上する。
【０００６】
さらに、貫通孔２３ｂを塞ぐように、貫通孔２３ｂの上端面２３ａ側開口の周囲に透光性部材２４が接合される。透光性部材２４はガラスやサファイア等から成る円板状，レンズ状，球状または半球状等のものであり、ガラスによる接合や半田付け等により蓋体２３に気密に接合される。
【０００７】
このような基体２１、蓋体２３および透光性部材２４から主に構成される容器内部に光半導体素子２２を収容し気密に封止する。
【０００８】
最後に、光ファイバ２６固定用の筒状の金属製の固定部材２７が、蓋体２３の外周面に溶接され、光ファイバ２６が固定部材２７の上面の貫通孔に外部から挿通固定されて透光性部材２４の上方に固定され、外部接続用ピン２５の外側の先端部が外部電気回路（図示せず）に電気的に接続されることによって、光半導体装置となる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００９】
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２２にレーザ光等の光を励起させ、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させることによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。この場合、光半導体素子２２から光信号が正常に発光しているか確認するためのモニタ用ＰＤ（図示せず）が搭載されていてもよい。または、外部から光ファイバ２６を介して伝送してくる光信号を、透光性部材２４を透過させ光半導体素子２２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光半導体装置として機能する。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１８３３６９号公報
【００１１】
【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装置において、外部接続用ピン２５が基体２１の貫通孔２１ａに挿通されガラス等を介して気密に接合される構成であるため、外部接続用ピン２５の直径寸法の最小加工限界、貫通孔２１ａの孔寸法、隣接する貫通孔２１ａ間の間隔の最小加工限界等の制約があり、そのため、基体２１に外部接続用ピン２５を１本挿入するために大きな面積が必要とされ、基体２１に取り付けられる外部接続用ピン２５の本数が数本に限られるという問題点があった。
【００１２】
さらに、光半導体装置内にはＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子２２やモニタ用ＰＤのみが収容され、光半導体素子２２を駆動するためのドライバＩＣは別の半導体素子収納用パッケージ内に収納され、外部電気回路を介してドライバＩＣと光半導体装置とを電気的に接続する必要があり、光半導体素子２２を駆動させるための装置全体が大型化するという問題点もあった。
【００１３】
また、外部接続用ピン２５をガラス等の接合材を介して基体２１に接合しただけの端子構造であるため、外部接続用ピン２５に外部から応力が加わった場合に接合材にクラック等の破損が生じ、光半導体装置内部の気密が損なわれるという問題点があった。
【００１４】
さらに、外部接続用ピン２５の貫通孔２１ａの上下開口の部位で高周波信号の反射等が発生し易いため、外部接続用ピン２５の貫通孔２１ａに挿入されていない部位を特性インピーダンスに整合させた信号線路とするのが困難であり、外部接続用ピン２５を伝送する高周波信号が外部接続用ピン２５で反射等して伝送損失が生じ、高周波信号を効率よく伝送できなくなるという問題点もあった。特に、２ＧＨｚ以上の高周波になると伝送効率が著しく劣化し易くなっていた。
【００１５】
また、現在光信号の発光源として用いられるＬＤの多くは、光信号が光半導体素子２２の側面から発光するため、光ファイバ２６方向に発光させるためには、光半導体素子２２を基体２１の上側主面に対して垂直な面に載置する必要がある。従って、基体２１の上側主面に基台２８を設け、さらに基台２８の基体２１の上側主面に垂直な面に光半導体素子２２を搭載するため、光半導体素子２２と外部接続用ピン２５とをボンディングワイヤ２９により接続する際、作業性が悪く手間がかかるという問題点があった。
【００１６】
また、光半導体素子２２がＡｌ_２Ｏ_３質セラミックス等からなる基台２８を介して基体２１に載置されるため、光半導体素子２２が発した熱を外部に効率よく放熱できず、光半導体素子２２に蓄熱して温度が上昇し、光半導体素子２２の光の波長が変動するといった事態が生じ、光半導体素子２２が正常に作動しなくなるという問題点があった。
【００１７】
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、光半導体装置に取り付けられる端子数を増やして内部に収容する集積回路素子（ＩＣ）等の部品を増加させ、光半導体装置を高集積化および多機能化させるとともに、高周波信号を効率よく伝送させ得るものとし、また内部の気密信頼性を向上させるとともに光半導体素子の熱を外部に効率よく放熱し、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ものとすることにある。
【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、上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、一主面に一辺から対向する他辺にかけて線路導体が形成されているとともに前記一主面の一端部に光半導体素子の載置部が設けられた誘電体から成る平板部および該平板部の前記一主面に前記線路導体の一部を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から成り、前記貫通穴に嵌着された入出力端子と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状とされており、前記貫通孔の上端面側開口の周囲に透光性部材が接合され、前記基体の上側主面の外周部に前記一端部を前記透光性部材に対向させて覆うようにその下端で接合される金属製の蓋体とを具備する光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記基体の上側主面と前記平板部の前記光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離をＡ、前記基体の厚みをＢ、前記基体の下側主面と前記平板部の前記光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離をＣとしたとき、Ｂは０．３乃至１．５ｍｍであり、ＣはＡの１．５乃至５倍であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の半導体素子収納用パッケージは、一主面に一辺から対向する他辺にかけて線路導体が形成されているとともに一主面の一端部に光半導体素子の載置部が設けられた誘電体から成る平板部およびこの平板部の一主面に線路導体の一部を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から成る入出力端子を具備することにより、平板部の上面に微細な間隔をもって線路導体を多数形成することができ、その結果、光半導体素子，モニタ用ＰＤだけでなく、光半導体素子を駆動するためのドライバＩＣ等の信号入出力をこの入出力端子で行なうことができる。
従って、外部電気回路に設けられていたドライバＩＣ等を光半導体装置の内部や入出力端子の外側に実装し高集積化することができることから、光半導体素子を駆動させるための装置全体を小型化できる。
【００２０】
また、貫通穴に入出力端子が嵌着されていることによって、従来のガラス接合された外部接続用ピンに比較して、外部接続用ピンの接合部にクラック等の破損が生じて光半導体装置内部の気密が破れるのを有効に抑制することができる。従って、外部接続用ピンをガラス等の接合材を介して基体の貫通孔に接合した従来の構造に比べ気密信頼性が大幅に向上する。また外部接続用ピンを介すことなく、入出力端子の線路導体で外部電気回路に接続することができるため、高周波信号が反射等して伝送損失が生じるのを抑制し、高周波信号の伝送効率を大幅に改善することができる。
【００２１】
さらに、従来のように光半導体素子と外部接続用ピンとをボンディングワイヤにより接続する必要はなく、線路導体と光半導体素子とを同じ平板部の一主面上においてボンディングワイヤにより接続することができるため、ボンディングワイヤによる電気的な接続が容易となるとともに、ボンディングワイヤの長さも短くすることができボンディングワイヤのインダクタンスを小さくして高周波信号の伝送効率を向上させることができる。
【００２２】
また、この入出力端子によって、平板部の上面に形成した線路導体のインピーダンスを特性インピーダンスに整合させることができ、入出力端子の線路導体を伝送する信号が高周波になっても、高周波信号を効率よく伝送できる。
【００２３】
さらに、基体の上側主面と平板部の光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離をＡ、基体の厚みをＢ、基体の下側主面と平板部の光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離をＣとしたとき、Ｂは０．３乃至１．５ｍｍであることから、金属製の基体と入出力端子との熱膨張差により入出力端子に加わる応力を小さくして入出力端子にクラック等の破損が生じるのを抑制することができ、光半導体装置内部の気密性を保持することができる。また、ＣはＡの１．５乃至５倍であることにより、平板部に載置された光半導体素子と光ファイバとの間の距離を小さくして両者間における光伝送効率を良くすることができるとともに、平板部の光半導体装置外部へ露出する面積を大きくして光半導体素子から発生する熱を効率よく光半導体装置外部に放散させ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２４】
本発明の光半導体装置は、上記の光半導体素子収納用パッケージの前記載置部に光半導体素子がその受光部または発光部を前記透光性部材に対向させて載置固定されているとともに前記線路導体に電気的に接続され、前記基体の上側主面の外周部に前記蓋体の下端が接合されていることを特徴とする。
【００２５】
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高周波伝送特性、気密信頼性および放熱性の優れたものとなる。
【００２６】
【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および光半導体装置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装置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は光半導体素子、３は金属製の蓋体、４は透光性部材、５は入出力端子、６は光ファイバである。これら基体１および入出力端子５で光半導体素子収納用パッケージが基本的に構成される。また、光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子２を搭載し、透光性部材４が接合された蓋体３を接合することにより光半導体装置となる。
【００２７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上下主面間を貫通する貫通穴１ａが形成された平板状の金属製の基体１と、一主面に一辺から対向する他辺にかけて線路導体５ｃが形成されているとともに一主面の一端部に光半導体素子２の載置部が設けられた誘電体から成る平板部５ｂおよびこの平板部５ｂの一主面に線路導体５ｃの一部を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部５ａから成り、貫通穴１ａに嵌着された入出力端子５と、上端面３ａの略中央部に貫通孔３ｂが形成されているとともに下端３ｃが開かれた筒状とされており、貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に透光性部材４が接合され、基体１の上側主面の外周部に一端部を透光性部材４に対向させて覆うようにその下端３ｃで接合される金属製の蓋体３とを具備している。
【００２８】
本発明の基体１は、略円板状、略長方形等の平板状であり、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製作される。
【００２９】
また、基体１には、Ａｌ_２Ｏ_３質セラミックス等の誘電体から成る平板部５ｂおよびＡｌ_２Ｏ_３質セラミックス等の誘電体から成る立壁部５ａを具備した入出力端子５を挿入するために、基体１の上下主面間を貫通する貫通穴１ａが設けられている。この貫通穴１ａの内面には、入出力端子５の表面に設けられたメタライズ層が、銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材によって接合されることにより、貫通穴１ａを塞ぐようにして入出力端子５が気密に接合される。
【００３０】
入出力端子５は、一主面に一辺から対向する他辺にかけて線路導体５ｃが形成されるとともに一主面の一端部に光半導体素子２の載置部が設けられた平板部５ｂおよびこの平板部５ｂの一主面に線路導体５ｃの一部を間に挟んで接合された立壁部５ａから構成される。平板部５ｂおよび立壁部５ａは、Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質焼結体等の誘電体から成り、また、線路導体５ｃは、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等のメタライズ層から成る。
【００３１】
このような入出力端子５は以下のようにして作製される。例えば、平板部５ｂおよび立壁部５ａがＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る場合、先ず酸化アルミニウム、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートを得る。次に、このセラミックグリーンシートに、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、線路導体５ｃとなるメタライズ層を所定パターンに形成する。また、入出力端子５をＡｇロウ等を介して基体１にロウ付けするために、入出力端子５の基体１との接合部にも、線路導体５ｃと同様にしてメタライズ層を所定パターンに形成する。しかる後、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、これを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。このようにして、入出力端子５に特性インピーダンスに整合された線路導体５ｃが形成される。
【００３２】
また、入出力端子５は、その表面に基体１との接合のためのメタライズ層を形成せずに焼成し、焼成後に入出力端子５の表面をスライス切断加工あるいは研磨加工した後、そのスライス切断面あるいは研磨面にＷやＭｏ等を主成分とする金属ペーストをスクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、これを還元雰囲気中、約１３００℃の温度で焼成することにより製作してもよい。これにより、入出力端子５の表面を平坦にすることができ、基体１との接合をより良好にすることができる。
【００３３】
そして、光半導体素子２と線路導体５ｃとは平板部５ｂの一主面においてボンディングワイヤ９等を介して電気的に接続される。本発明の入出力端子５を用いることにより、従来のように光半導体素子２と外部接続用ピンとをボンディングワイヤ９により接続する必要はなく、線路導体５ｃと光半導体素子２とを同じ平板部５ｂ上の一主面においてボンディングワイヤ９により接続することができるため、ボンディングワイヤ９による電気的な接続が容易となるとともに、ボンディングワイヤ９の長さも短くすることができ、ボンディングワイヤ９のインダクタンスを小さくして高周波信号の伝送効率を向上させることができる。
【００３４】
また、基体１の上側主面と平板部５ｂの光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離をＡ、基体１の厚みをＢ、基体１の下側主面と平板部５ｂの光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離をＣとしたとき、Ｂは０．３乃至１．５ｍｍであり、ＣはＡの１．５乃至５倍である。
【００３５】
この構成により、金属製の基体１と入出力端子５との熱膨張差により入出力端子５に加わる応力を小さくして入出力端子５にクラック等の破損が生じるのを抑制することができ、光半導体装置内部の気密性を保持することができる。また、平板部５ｂに載置された光半導体素子２と光ファイバ６との間の距離を小さくして両者間における光伝送効率を良くすることができるとともに、平板部５ｂの光半導体装置外部へ露出する面積を大きくして光半導体素子２から発生する熱を効率よく光半導体装置外部に放散させ、光半導体素子２を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３６】
Ｂ＜０．３ｍｍの場合、入出力端子５と基体１との接合面積が小さくなるため、基体１の上側主面に対して入出力端子５を略垂直に取り付け、光半導体素子２の発光面と光ファイバ６とを精度よく対向させることが困難となり、光半導体素子２と光ファイバ６との間の光伝送効率が低下し易くなる。また、Ｂ＞１．５ｍｍの場合、入出力端子５と基体１との接合面積が大きくなり、入出力端子５と基体１との熱膨張差による応力が入出力端子５に加わり易くなり、入出力端子５にクラック等の破損が発生し易くなって光半導体装置内部を気密に保持することが困難になる。
【００３７】
また、Ｃ＜１．５Ａの場合、入出力端子５の光半導体装置外部へ露出する面積が小さくなり、光半導体素子２から発生した熱を光半導体装置外部へ効率よく放散させるのが困難となる。その結果、光半導体素子２が作動して発生した熱により光半導体素子２の温度が上昇し、光半導体素子２が誤作動等を起こし易くなり、正常に作動し難くなる。また、Ｃ＞５Ａの場合、基体１の下側主面から入出力端子５が大きく突出して光半導体装置全体が大型化する。
【００３８】
また、基体１の上側主面の外周部には、上端面３ａの略中央部に貫通孔３ｂが形成され下端３ｃが開かれた筒状である蓋体３が設けられる。蓋体３の下端３ｃは、鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ）半田等の半田による半田付けや溶接等によって基体１と気密に接合される。なお、下端３ｃは、基体１との接合面積を大きくして、基体１と蓋体３とで構成される容器内部の気密信頼性を向上させるために、図１に示すような鍔状であることが好ましい。
【００３９】
蓋体３は、断面形状（横断面形状）が円形または長方形等の多角形の筒状であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ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製作される。
なお、蓋体３は、筒状部と上端面３ａが個々に製作され、それらをロウ付け、半田付け、溶接等によって接合したものであってもよい。
【００４０】
蓋体３には、貫通孔３ｂを塞ぐように貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に、透光性部材４がガラス接合や半田付け等により気密に接合される。透光性部材４は、ガラスやサファイア等から成る円板状，レンズ状，球状または半球状等のものであり、球状の場合全周にわたる帯状部で、円板状やレンズ状の場合一主面の外周部で、半球状の場合平面部の外周部で蓋体３に接合される。
【００４１】
本発明において、透光性部材４は貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に接合されており、この場合以下の点で有利である。即ち、蓋体３の外周の鍔状部に金属製の固定部材７を溶接する際の熱が蓋体３に局所的に加わり、蓋体３の透光性部材４との接合面に熱膨張による引っ張り応力が加わると、透光性部材４が蓋体３から剥がれ易くなるが、光半導体装置は内部を気密にするため外側から内側に気圧が加わり易く、気圧によって透光性部材４が蓋体３に押し付けられて剥がれにくくなる。一方、透光性部材４が貫通孔３ｂの上端面３ａの裏面側開口の周囲に接合されていると、熱膨張による応力によって透光性部材４を剥がそうとする引っ張り応力と気圧による圧力とで、透光性部材４が蓋体３から容易に外れ易くなる。
【００４２】
このような光半導体素子収納用パッケージは、基体１の貫通穴１ａに嵌着された入出力端子５に設けられた光半導体素子２の載置部に、光半導体素子２をＳｎ−Ｐｂ半田等の低融点ロウ材で載置固定するとともに、線路導体５ｃと光半導体素子２とをボンディングワイヤ９で電気的に接続し、基体１の上側主面の外周部に蓋体３をシーム溶接等により接合することにより、光半導体装置となる。
【００４３】
そして、光半導体装置の蓋体３の外周の鍔状部には、光ファイバ６が上端面に固定されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る略円筒状の固定部材７の下端面がレーザ溶接法等の溶接によって接合される。光ファイバ６が固定部材７を介して透光性部材４の上方に固定されることにより、光ファイバ６を介して内部に収容する光半導体素子２と外部との光信号の授受が可能となる。
【００４４】
本発明の光半導体装置は、光半導体素子２の電極を外部電気回路に電気的に接続し、例えば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２にレーザ光等の光を励起させ、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光半導体装置として機能する。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４６】
【実施例】
本発明の光半導体装置の実施例を以下に説明する。
【００４７】
（実施例１）
図１の光半導体装置を以下のようにして製作した。まず、直径５．５ｍｍの円板状で、略中央に縦１．０５ｍｍ×横３．８５ｍｍの長方形の貫通穴１ａが設けられたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る基体１の貫通穴１ａに、長さ６ｍｍ×幅３．８ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る平板部５ｂの光半導体装置内側の端から１．６５ｍｍの位置に長さ２ｍｍ×幅３．８ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る立壁部５ａの長さ方向の中央が位置するようにして載置された入出力端子５を、立壁部５ａの長さ方向の中央が基体１の厚さ方向の中央と一致するようにして貫通穴１ａの周囲にＡｇロウ材を介して接合した。なお、この入出力端子５の平板部５ｂの光半導体装置内側の端部にはＬＤから成る光半導体素子２が搭載されており、平板部５ｂの立壁部５ａが載置されている主面に形成されたＷから成る線路導体５ｃとボンディングワイヤにより電気的に接続されている。
【００４８】
次に、基体１の上面に、円筒部の内径が４．５ｍｍ，下端３ｃの外径が５．５ｍｍ，下端３ｃから上端面３ａまでの高さが３ｍｍ，厚さが０．３ｍｍであり、上端面３ａに設けられた直径２．４ｍｍの円形の貫通孔３ｂの周囲に直径３．２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの円板状のサファイアからなる透光性部材４がＡｇロウを介してロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る蓋体３をシーム溶接法によって接合した。ここで、基体１の厚さＢを表１に示す種々の値となるようにして、光半導体装置の試料を各２０個作製した。
【００４９】
各試料について気密性の評価を以下の手順で行った。まず、各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬しグロスリーク試験を行い、液体中への気泡の発生の有無を評価し、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について、４９００Ｐａ（パスカル）で２時間Ｈｅ加圧を行った後にＨｅリーク試験、即ち光半導体装置の内部にＨｅを加圧侵入させ、その後光半導体装置の外部へ漏れ出てくるＨｅを検出する試験を実施し、Ｈｅの検出量が５．０×１０^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ以下の試料を良品とし、検出量が５．０×１０^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。
【００５０】
さらに各試料について、基体１の上側主面と平板部５ｂの光半導体装置内側の端との直角度（ＪＩＳＢ０６２１）を３次元測定器で計測し、直角度の公差が０．０５ｍｍを超える試料を不良品とした。これらの評価結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
表１より、基体１の厚さＢが１．５ｍｍを超える場合に気密性不良が発生し、基体１の厚さＢが０．３ｍｍ未満となる場合には直角度不良が発生した。
【００５３】
以上より、基体１の厚さＢが０．３ｍｍ以上であると、入出力端子５の平板部５ｂを基体１に対して直角度の公差が０．０５ｍｍ以下に精度よく固定できることがわかった。また、基体１の厚さＢを１．５ｍｍ以下とすることにより、光半導体装置内部の気密を良好に保持できることが判った。
【００５４】
（実施例２）
図１の光半導体装置を以下のようにして製作した。まず、直径５．５ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの円板状で、略中央に縦１．０５ｍｍ×横３．８５ｍｍの長方形の貫通穴１ａが設けられたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る基体１の貫通穴１ａに、幅３．８ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る平板部５ｂの光半導体装置内側の端から１．６５ｍｍの位置に長さ２ｍｍ×幅３．８ｍｍ×厚さ０．５ｍｍの立壁部５ａの長さ方向の中央が位置するようにして載置された入出力端子５を、立壁部５ａの長さ方向の中央が基体１の厚さ方向の中央と一致するようにして貫通穴１ａの周囲にＡｇロウ材を介して接合した。なお、この入出力端子５の平板部５ｂの光半導体装置内側の端部にはＬＤから成る光半導体素子２が搭載されており、平板部５ｂの立壁部５ａが載置されている主面に形成されたＷから成る線路導体５ｃとボンディングワイヤにより電気的に接続されている。
【００５５】
次に、基体１の上面に、円筒部の内径が４．５ｍｍ，下端３ｃの外径が５．５ｍｍ，下端３ｃから上端面３ａまでの高さが３ｍｍ，厚さが０．３ｍｍであり、上端面３ａに設けられた直径２．４ｍｍの貫通孔３ｂの周囲に直径３．２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの円板状のサファイアからなる透光性部材４がＡｇロウを介してロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る蓋体３をシーム溶接法によって接合した。ここで、入出力端子５の長さを表２に示す種々の値となるようにして、光半導体装置の試料を各２０個作製した。
【００５６】
各試料について、光半導体素子５を強制加熱（常温から１５０℃まで１０分で加熱）したときに光半導体素子５が正常に作動するかどうか作動性を調べた。表２において、正常に作動しないものを不良品とした。
【００５７】
【表２】

【００５８】
表２より、基体１の上側主面と平板部５ｂの光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離Ａと基体１の下側主面と平板部５ｂの光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離Ｃとの比Ｃ／Ａが１．５未満の場合に正常に作動しないものがあった。
【００５９】
以上より、Ｃ／Ａを１．５以上とすることにより、光半導体素子５の熱を良好に放熱させて、光半導体素子５を正常に作動させ得ることがわかった。ただし、Ｃ／Ａが５よりも長くなると、光半導体装置が大型化するので実用に適さないものとなる。
【００６０】
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で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、一主面に一辺から対向する他辺にかけて線路導体が形成されているとともに一主面の一端部に光半導体素子の載置部が設けられた誘電体から成る平板部およびこの平板部の一主面に線路導体の一部を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から成り、貫通穴に嵌着された入出力端子と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状とされており、貫通孔の上端面側開口の周囲に透光性部材が接合され、基体の上側主面の外周部に一端部を透光性部材に対向させて覆うようにその下端で接合される金属製の蓋体とを具備する光半導体素子収納用パッケージにおいて、基体の上側主面と平板部の光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離をＡ、基体の厚みをＢ、基体の下側主面と前記平板部の光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離をＣとしたとき、Ｂは０．３乃至１．５ｍｍであり、ＣはＡの１．５乃至５倍であるものとしたことから、平板部の上面に微細な間隔をもって線路導体を多数形成することができ、その結果、光半導体素子，モニタ用ＰＤだけでなく、光半導体素子を駆動するためのドライバＩＣ等の信号入出力をこの入出力端子で行なうことができる。従って、外部電気回路に設けられていたドライバＩＣ等を光半導体装置の内部や入出力端子の外側に実装し高集積化することができることから、光半導体素子を駆動させるための装置全体を小型化できる。
【００６２】
また、貫通穴に入出力端子が嵌着されていることによって、従来のガラス接合された外部接続用ピンに比較して、外部接続用ピンの接合部にクラック等の破損が生じて光半導体装置内部の気密が破れるのを有効に抑制することができる。従って、外部接続用ピンをガラス等の接合材を介して基体の貫通孔に接合した従来の構造に比べ気密信頼性が大幅に向上する。また外部接続用ピンを介すことなく、入出力端子の線路導体で外部電気回路に接続することができるため、高周波信号が反射等して伝送損失が生じるのを抑制し、高周波信号の伝送効率を大幅に改善することができる。
【００６３】
さらに、従来のように光半導体素子と外部接続用ピンとをボンディングワイヤにより接続する必要はなく、線路導体と光半導体素子とを同じ平板部の一主面上においてボンディングワイヤにより接続することができるため、ボンディングワイヤによる電気的な接続が容易となるとともに、ボンディングワイヤの長さも短くすることができボンディングワイヤのインダクタンスを小さくして高周波信号の伝送効率を向上させることができる。
【００６４】
また、この入出力端子によって、平板部の上面に形成した線路導体のインピーダンスを特性インピーダンスに整合させることができ、入出力端子の線路導体を伝送する信号が高周波になっても、高周波信号を効率よく伝送できる。
【００６５】
さらに、基体の上側主面と平板部の光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離をＡ、基体の厚みをＢ、基体の下側主面と平板部の光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離をＣとしたとき、Ｂは０．３乃至１．５ｍｍであることから、金属製の基体と入出力端子との熱膨張差により入出力端子に加わる応力を小さくして入出力端子にクラック等の破損が生じるのを抑制することができ、光半導体装置内部の気密性を保持することができる。また、ＣはＡの１．５乃至５倍であることにより、平板部に載置された光半導体素子と光ファイバとの間の距離を小さくして両者間における光伝送効率を良くすることができるとともに、平板部の光半導体装置外部へ露出する面積を大きくして光半導体素子から発生する熱を効率よく光半導体装置外部に放散させ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００６６】
本発明の光半導体装置は、上記の光半導体素子収納用パッケージの載置部に光半導体素子がその受光部または発光部を透光性部材に対向させて載置固定されているとともに線路導体に電気的に接続され、基体の上側主面の外周部に蓋体の下端が接合されていることから、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた高周波伝送特性、気密信頼性および放熱性の優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体装置について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】従来の光半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：貫通穴
２：光半導体素子
３：蓋体
３ａ：上端面
３ｂ：貫通孔
４：透光性部材
５：入出力端子
５ａ：立壁部
５ｂ：平板部
５ｃ：線路導体

Claims

上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、一主面に一辺から対向する他辺にかけて線路導体が形成されているとともに前記一主面の一端部に光半導体素子の載置部が設けられた誘電体から成る平板部および該平板部の前記一主面に前記線路導体の一部を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部から成り、前記貫通穴に嵌着された入出力端子と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状とされており、前記貫通孔の上端面側開口の周囲に透光性部材が接合され、前記基体の上側主面の外周部に前記一端部を前記透光性部材に対向させて覆うようにその下端で接合される金属製の蓋体とを具備する光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記基体の上側主面と前記平板部の前記光半導体素子収納用パッケージ内側の端との間の距離をＡ、前記基体の厚みをＢ、前記基体の下側主面と前記平板部の前記光半導体素子収納用パッケージ外側の端との間の距離をＣとしたとき、Ｂは０．３乃至１．５ｍｍであり、ＣはＡの１．５乃至５倍であることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージの前記載置部に光半導体素子がその受光部または発光部を前記透光性部材に対向させて載置固定されているとともに前記線路導体に電気的に接続され、前記基体の上側主面の外周部に前記蓋体の下端が接合されていることを特徴とする光半導体装置。