JP2004259860A

JP2004259860A - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置

Info

Publication number: JP2004259860A
Application number: JP2003047495A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Fujiwara; 宏信藤原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】パッケージの気密性を向上するとともに光ファイバの位置ずれを防止して、光半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができる光半導体素子収納用パッケージを提供すること。
【解決手段】底板１ａの上面の３つの辺部に側壁１ｂが立設されて残りの１つの辺部側が開放部とされた基体１と、開放部を塞ぐように接合された金属板１ｃと、金属板１ｃに形成された貫通孔Ｂと、内周面に透光性部材１８が取着され一端部８ｂが貫通孔Ｂに嵌着された光ファイバ固定部材８とを具備しており、金属板１ｃは、左右側面と下側面との間が面取りされているとともに開放部側の主面の上辺部以外の辺部に連続した突出部Ａが形成されており、突出部Ａの内側の厚みが側壁１ｂの厚みの０．３乃至１倍であり、光ファイバ固定部材８は、一端部８ｂが残部８ａよりも細くなっていてその内周面に透光性部材１８が取着されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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半導体装置に関するものである。
【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、単にパッケージともいう）の例を図３，図４に示す。図３は従来のパッケージの斜視図、図４は断面図であり、２１は基体、２２は蓋体である。主にこの基体２１と蓋体２２とで内部に光半導体素子２３や駆動用集積回路素子２４等を収納する容器が構成される。
【０００３】
基体２１は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体等のセラミックスから成る四角平板状のセラミックス製底板２１ａの外周辺のうち３つの辺に沿って同じくＡｌ_２Ｏ_３質焼結等のセラミックスから成るセラミックス製側壁２１ｂを立設するとともに残りの１辺に沿って鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属から成る金属製側壁２１ｃが立設されている。そして、セラミックス製側壁２１ｂおよび金属製側壁２１ｃで囲まれたセラミックス製底板２１ａ上面が光半導体素子２３や駆動用集積回路素子２４を搭載するための搭載部を形成しており、この搭載部には光半導体素子２３および駆動用集積回路素子２４が接着固定される。
【０００４】
基体２１を構成するセラミックス製底板２１ａとセラミックス製側壁２１ｂとは、同じ材質のセラミックス材料から成り、互いに焼結一体化している。
【０００５】
またセラミックス製底板２１ａの搭載部上面からセラミックス製側壁２１ｂの外側にかけては、セラミックス製側壁２１ｂを貫通して延びるタングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の金属粉末メタライズから成る複数のメタライズ導体層２５が被着されている。
【０００６】
このメタライズ導体層２５は、光半導体素子２３および駆動用集積回路素子２４の各電極を外部に電気的に導出するための導電路として機能し、その搭載部上面部位には光半導体素子２３および駆動用集積回路素子２４の各電極がボンディングワイヤ２６を介して電気的に接続され、セラミックス製側壁２１ｂの外側に導出した部位は図示しない外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続される。
【０００７】
さらに、セラミックス製底板２１ａの端面およびセラミックス製側壁２１ｂの端面、ならびにセラミックス製側壁２１ｂの上面には、ＷやＭｏ、Ｍｏ−マンガン（Ｍｎ）等の金属粉末メタライズから成るメタライズ金属層２７が被着形成されている。そしてメタライズ金属層２７のセラミックス製底板２１ａ端面およびセラミックス製側壁２１ｂ端面部位には金属製側壁２１ｃが銀（Ａｇ）ろう等のろう材を介してろう付けされており、セラミックス製側壁２１ｂ上面部位には封止用金属枠体３１がＡｇろう等のろう材を介してろう付けされている。
【０００８】
また、メタライズ金属層２７に接合された金属製側壁２１ｃは、その側面に突出部Ａを有する四角形の板材であり、突出部Ａの端面をセラミックス製底板２１ａの端面およびセラミックス製側壁２１ｂの端面に被着させたメタライズ金属層２７にＡｇろう等のろう材を介してろう付けすることよってセラミックス製底板２１ａの残りの１辺に沿って立設されている。
【０００９】
突出部Ａは、金属製側壁２１ｃの上面側外周辺を除く外周辺に沿って接合面側に０．１〜１ｍｍ程度突出している。これにより、金属製側壁２１ｃの熱膨張係数とセラミックス製底板２１ａおよびセラミックス製側壁２１ｂとの熱膨張係数との差に起因してこれらの接合部に発生する応力を突出部Ａが弾性変形することによって良好に吸収緩和することができ、その結果、これらの接合部に大きな熱応力が内在してしまうことを、より効果的に防止することができる。
【００１０】
さらに、金属製側壁２１ｃは、その中央部に貫通孔Ｂを有しており、この貫通孔Ｂの外側開口周辺には、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリング状の光ファイバ固定用金属部材２８がＡｇろう等のろう材を介して取着されている。
【００１１】
この光ファイバ固定用金属部材２８は、パッケージに光ファイバ２９を固定するための下地部材として機能し、光ファイバ２９に予め取着されているＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る取付金具３０を光ファイバ固定用金属部材２８にレーザビーム溶接することによって光ファイバ２９が光ファイバ固定用金属部材２８に固定される。図示しないが、光ファイバ固定用金属部材２８の内周面には、光信号を集光するためのレンズ等の透光性部材が接合される場合もある。
【００１２】
また、光ファイバ固定用金属部材２８は、金属製側壁２１ｃに取着されており、セラミックス製底板２１ａおよびセラミックス製側壁２１ｂには直接取着されていないことから、光ファイバ固定用金属部材２８に光ファイバ２９の取付金具３０をレーザビーム溶接してもこのレーザビーム溶接による熱衝撃は、光ファイバ固定用金属部材２８と金属製側壁２１ｃとの接合部のみに局部的に加わり、セラミックス製底板２１ａおよびセラミックス製側壁２１ｂに大きな熱衝撃が加わることを有効に防止できる。従って、光ファイバ固定用金属部材２８に光ファイバ２９を固定する際の熱によりセラミックス製底板２１ａおよびセラミックス製側壁２１ｂにクラック等の破損が発生することを防止できる。
【００１３】
封止用金属枠体３１は、基体２１に蓋体２２を接合するための下地金属として機能し、セラミックス製底板２１ａの搭載部に光半導体素子２３および制御用集積回路素子２４を搭載した後、この封止用金属枠体３１の上面に蓋体２２をシームウエルド法により溶接することにより、パッケージ内部に光半導体素子２３および制御用集積回路素子２４が収容される。
【００１４】
そして封止用金属枠体３１の上面に溶接される蓋体２２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、封止用金属枠体３１の上面にシームウエルド法により溶接されることによりパッケージ内部を気密に封止する（例えば、下記の特許文献１参照）。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−１４７３２９号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のパッケージによると、金属製側壁２１ｃの厚みによっては、セラミックス製底板２１ａ，セラミックス製側壁２１ｂにろう付けする際、または光ファイバ固定用金属部材２８に光ファイバ２９の取付金具３０をレーザービーム溶接する際に、セラミックス製底板２１ａ，セラミックス製側壁２１ｂにクラック等の破損を生じさせ、パッケージの気密性を低下させるという問題点があった。特に金属製側壁２１ｃの角部が接合される部位においてセラミックス製底板２１ａ，セラミックス製側壁２１ｂにクラック等の破損が生じ易かった。その結果、内部に収容する光半導体素子２３や駆動用集積回路素子２４等を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができなくなってしまうという問題点を有していた。
【００１７】
また、金属製側壁２１ｃの厚みによっては、取付金具３０をレーザービーム溶接る時に、金属製側壁２１ｃに変形が発生し、光ファイバ２９の位置がずれ、光半導体素子２３と光ファイバ２９との光結合効率が低下して、光信号を正常に伝送させることができなくなり、光半導体素子２３の作動性が劣化するという問題点も有していた。
【００１８】
さらには、光ファイバ固定用金属部材２８の内周面に透光性部材が接合される場合、取付金具３０をレーザービーム溶接する時に、透光性部材の接合部に透光性部材と光ファイバ固定用金属部材２８との熱膨張差による熱応力が加わり、透光性部材にクラック等の破損が生じる場合があり、光信号を正常に伝送させることができなくなり、光半導体素子２３の作動性が劣化するという問題点も有していた。
【００１９】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、パッケージの気密性を向上させるとともに光ファイバの位置ずれを防止して、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができる光半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、四角形状の底板の上面の３つの辺部に側壁が立設されて残りの１つの辺部側が開放部とされているとともに前記側壁の内側の上面に光半導体素子が載置される載置部が設けられたセラミックスから成る基体と、前記開放部を塞ぐように前記基体の側面に接合された四角形状の金属板と、該金属板の主面間を貫通して前記側壁の内側に連通するように形成された貫通孔と、内周面に透光性部材が取着されるとともに一端部が前記貫通孔に嵌着された金属から成る筒状の光ファイバ固定部材とを具備しており、前記金属板は、左右側面と下側面との間が面取りされているとともに前記開放部側の主面の上辺部以外の辺部に連続した突出部が形成されており、該突出部の内側の厚みが前記側壁の厚みの０．３乃至１倍であり、前記光ファイバ固定部材は、前記一端部が残部よりも細くなっていてその内周面に前記透光性部材が取着されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属板の左右側面と下側面との間が面取りされているとともに開放部側の主面の上辺部以外の辺部に連続した突出部が形成されており、突出部の内側の厚みが側壁の厚みの０．３乃至１倍であることから、金属板を基体の側面ににろう付けする際、または光ファイバ固定部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接する際、金属板の突出部および金属板の突出部の内側が適度に弾性変形することによって熱応力を吸収することができるとともに、金属板が面取りされているため、熱応力を集中させることなく分散させることができる。その結果、底板や側壁にクラック等の破損が生じるのを有効に防止することができる。また、金属板が過度に変形するのを防止でき、光ファイバが位置ずれすることなく光半導体素子と光ファイバとの光結合効率を良好な状態で維持させて光信号を正常に伝送させることができ、光半導体素子の作動性を良好なものとする。
【００２２】
さらには、光ファイバ固定部材は金属板の貫通孔に嵌着された一端部が残部よりも細くなっていてその内周面に透光性部材が取着されていることから、光ファイバ固定部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接する際、透光性部材が取着された細い一端部に熱が伝わっても金属板に容易に放熱することができるため、透光性部材の位置がずれるのを有効に抑制し、光結合効率を高くすることができる。また、光ファイバ固定部材の一端部が細いためその一端部が熱膨張しようとしても金属板に拘束され易くなるとともに一端部の変形が小さくなる結果、透光性部材と光ファイバ固定部材との熱膨張差による熱応力が透光性部材に加わり難くなり、透光性部材にクラック等の破損が生じるのを有効に抑制できる。従って、透光性部材を介して光信号を正常に伝送させることができ、光半導体素子の作動性を良好なものとすることができる。
【００２３】
そのような結果、パッケージの気密を完全なものとなし、光ファイバの位置ずれを防止し、透光性部材の破損を防止して、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常、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、上記構成の光半導体素子収納用パッケージと、前記光ファイバ固定部材に固定された光ファイバと、該光ファイバに光学的に結合するように前記載置部に載置された光半導体素子と、前記側壁の上面に取着された蓋体とを具備し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光結合効率が高いとともに気密信頼性の高いものとなる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の光半導体素子収納用パッケージを添付の図面を基に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す分解斜視図、図２は図１のパッケージの断面図である。１は基体、２は蓋体である。主にこの基体１と蓋体２とで内部に光半導体素子３や駆動用集積回路素子４等を収納する容器が構成される。
【００２７】
基体１は、Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体等のセラミックスから成る四角形状の底板１ａの上面に、３つの辺部に同じくＡｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質焼結体等のセラミックスから成る側壁１ｂが立設され、残りの１つの辺部側が開放部とされている。そして、底板１ａの側壁１ｂの内側上面光半導体素子３や駆動用集積回路素子４を載置するための載置部が設けられている。
【００２８】
基体１を構成する底板１ａと側壁１ｂとは、同じ材質のセラミックスから成り、互いに焼結一体化している。そして例えば底板１ａおよび側壁１ｂがともにＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る場合であれば、Ａｌ_２Ｏ_３粉末およびＳｉＯ_２粉末・ＭｇＯ粉末・ＣａＯ粉末等の原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤・可塑剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法を採用してシート状となすことによって底板１ａおよび側壁１ｂとなる複数枚のセラミックグリーンシートを得、次に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すとともに上下に積層した後、これに適当な切断加工を施すことにより所定形状の生セラミック成形体を得、最後にこの生セラミック成形体を還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２９】
また底板１ａの載置部上面から側壁１ｂの外側にかけては、側壁１ｂを貫通して延びるＷやＭｏ等の金属粉末メタライズから成る複数のメタライズ導体層５が被着されている。
【００３０】
このメタライズ導体層５は、光半導体素子３および駆動用集積回路素子４の各電極を外部に電気的に導出するための導電路として機能し、その搭載部上面部位には光半導体素子３および駆動用集積回路素子４の各電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続され、側壁１ｂの外側に導出した部位は図示しない外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続される。
【００３１】
メタライズ導体層５は、例えばＷ粉末メタライズから成る場合であれば、Ｗ粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合して得たＷペーストを、底板１ａとなるセラミックグリーンシートに従来周知のスクリーン印刷法を採用することによって所定パターンに印刷塗布しておくとともにこれを生セラミック成形体と同時に焼成することによって底板１ａの載置部上面から側壁１ｂの外側にかけて側壁１ｂを貫通して延出するようにして被着形成される。
【００３２】
この場合、メタライズ導体層５を、セラミック多層技術により底板１ａの内部および表面に複雑なパターンに設けることが可能である。
【００３３】
なお、メタライズ導体層５は、その露出表面にＮｉや金（Ａｕ）から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくのがよい。これにより、メタライズ導体層５の酸化腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ導体層５とボンディングワイヤ６や図示しない外部電気回路基板の配線導体との接続性を良好なものとすることができる。
【００３４】
さらに、側壁１ｂの上面および基体１の開放部側の側面、即ち底板１ａの端面および側壁１ｂの端面には、ＷやＭｏ、Ｍｏ−Ｍｎ等の金属粉末メタライズから成るメタライズ金属層７が被着形成されている。そしてこれらのメタライズ金属層７の底板１ａ端面および側壁１ｂ端面部位には金属板１ｃがＡｇろう等のろう材を介してろう付けされており、側壁１ｂ上面には封止用金属枠体１１がＡｇろう等のろう材を介してろう付けされている。
【００３５】
メタライズ金属層７は、底板１ａおよび側壁１ｂに金属板１ｃを接合させるための下地金属層および側壁１ｂの上面に封止用金属枠体１１を取着させるための下地金属部材として作用する。このようなメタライズ金属層７は、例えばＷ粉末メタライズから成る場合であれば、Ｗ粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合して得たＷペーストを底板１ａおよび側壁１ｂとなるセラミックグリーンシートを積層して得た生セラミック成形体の上面および端面に従来周知のスクリーン印刷法を採用することによって所定のパターンに印刷塗布しておくとともにこれを生セラミック成形体と同時に焼成することによって、底板１ａの端面および側壁１ｂの端面、ならびに側壁１ｂの上面に被着形成される。
【００３６】
なお、メタライズ金属層７は、その表面にＮｉやＡｕから成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくのがよい。これにより、メタライズ金属層７が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、メタライズ金属層７と金属板１ｃおよび封止用金枠体１１とのＡｇろう等のろう材を介した接合を強固、かつ容易なものとすることができる。
【００３７】
また、メタライズ金属層７に接合された金属板１ｃは、基体１側の主面の上辺部以外の辺部に連続した突出部Ａを有する四角形状の板材であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る。そしてその突出部Ａの基体１側主面を底板１ａの端面および側壁１ｂの端面に被着させたメタライズ金属層７にＡｇろう等のろう材を介してろう付けすることよって基体１の開放部を塞ぐように基体１の側面に接合されている。
【００３８】
金属板１ｃの突出部Ａは基体１側に０．１〜１ｍｍ突出させるのがよく、この突出部Ａの基体１側取面を底板１ａの端面および側壁１ｂの端面に被着させたメタライズ金属層７にＡｇろう等のろう材を介してろう付けすれば、金属板１ｃの熱膨張係数と底板１ａおよび側壁１ｂとの熱膨張係数との差に起因してこれらの接合部に発生する応力を突出部Ａが弾性変形することによって良好に吸収緩和することができ、その結果、これらの接合部に大きな熱応力が内在してしまうことを、より効果的に防止することができる。
【００３９】
突出する長さが０．１ｍｍ未満であると、突出部Ａを除く金属板１ｃと底板１ａおよび側壁１ｂとの間にもろう材が流れ込んで突出部Ａ以外の金属板１ｃも接合され易くなり、接合面積が大きくなって熱応力が底板１ａおよび側壁１ｂに加わり易くなってクラック等の破損が生じ易くなる。また、突出する長さが１ｍｍを超えると、パッケージが大型化し近時のパッケージの小型化傾向に反するものとなるとともに、突出部Ａの変形が過度に大きくなり易く、光ファイバ９と光半導体素子３との光結合効率が低下し易くなる。
【００４０】
また、金属板１ｃは左右側面と下側面との間に面取りされた曲面状の面取部Ｃが設けられているのがよい。この曲面状の面取部Ｃにより、金属板１ｃを底板１ａや側壁１ｂにろう付けする際、または光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接する際、従来クラック等の破損が生じやすかった底板１ａ，側壁１ｂの金属板１ｃの角部が接合される部位にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。
【００４１】
面取部Ｃの曲率半径は０．３〜３ｍｍであるのがよく、側壁１ｂの金属板１ｃの角部が接合される部位にクラック等の破損が生ずるのをより有効に防止できる。曲率半径が０．３ｍｍ未満であると、底板１ａ，側壁１ｂの金属板１ｃの角部が接合される部位にクラック等の破損が生ずるのを防止する効果が小さくなり易い。また、曲率半径が３ｍｍ以上であると金属板１ｃの体積が小さくなって応力を緩和する効果が小さくなり易く、光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接する際の熱応力が底板１ａ，側壁１ｂに加わり易くなり、クラック等の破損を生じ易くなる。
【００４２】
また、突出部Ａの内側の金属板１ｃの厚みは、側壁１ｂの厚みをＷとしたときに０．３Ｗ乃至Ｗである。この構成により、金属板１ｃを底板１ａ，側壁１ｂにろう付けする際、または光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接する際に底板１ａ，側壁１ｂに加わる金属板１ｃとの熱膨張差による熱応力を低減することができ、底板１ａ，側壁１ｂにクラック等の破損が生じるのを有効に防止することができる。また、取付金具１０をレーザビーム溶接する時に、金属板１ｃが熱応力により過度に変形するのを有効に防止でき、光ファイバ９が位置ずれすることなく光半導体素子３と光ファイバ９との光結合効率を良好な状態で維持させ、光信号を正常に伝送させ、光半導体素子３の作動性を良好なものとすることができる。
【００４３】
金属板１ｃの厚みが０．３Ｗ未満であると、金属板１ｃが薄くなりすぎて、取付金具１０をレーザビーム溶接する時に、金属板１ｃが過度に変形し易くなり、光ファイバ９が位置ずれして光半導体素子３と光ファイバ９との光結合効率が低下し易くなる。金属板１ｃの厚みがＷを超えると、金属板１ｃの剛性が高くなって応力を緩和する効果が小さくなり、金属板１ｃを底板１ａ，側壁１ｂにろう付けする際、または光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接する際に底板１ａ，側壁１ｂに加わる金属板１ｃとの熱膨張差による熱応力が大きくなってしまい、底板１ａ，側壁１ｂにクラック等の破損が発生し易くなる。
【００４４】
なお、金属板１ｃは、その露出表面にＮｉやＡｕから成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくのがよい。これにより、金属板１ｃが酸化腐食するのを有効に防止することができる。
【００４５】
さらに、金属板１ｃは、その中央部に貫通孔Ｂを有しており、この貫通孔Ｂには、内周面にサファイアやガラス等の透光性部材が取着されたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る筒状の光ファイバ固定部材８の一端部８ｂがＡｇろう，Ａｕ−錫（Ｓｎ）ろう等のろう材を介して嵌着されている。
【００４６】
この光ファイバ固定部材８は、貫通孔Ｂに嵌着される一端部８ｂが残部８ａよりも細くなっていてその内周面に透光性部材が取着されている。
【００４７】
これにより、光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接する際、透光性部材が取着された細い一端部８ｂに熱が伝わっても金属板１ｃに容易に放熱することができるため、透光性部材の位置がずれるのを有効に抑制し、光結合効率を高くすることができる。また、光ファイバ固定部材８の一端部８ｂが細いためその一端部８ｂが熱膨張しようとしても金属板１ｃに拘束され易くなるとともに一端部８ｂの変形が小さくなる結果、透光性部材と光ファイバ固定部材８との熱膨張差による熱応力が透光性部材に加わり難くなり、透光性部材にクラック等の破損が生じるのを有効に抑制できる。さらにこの構成においては、透光性部材１８が金属板１ｃに直接接合していないため、透光性部材１８は金属板１ｃとの熱膨張差による熱応力を直接受けることがない。従って、透光性部材１８にクラック等の破損が生じるのを有効に防止できる。
【００４８】
取付金具１０は予め光ファイバ９に取り付けられており、この取付金具１０が光ファイバ固定部材８にレーザビーム溶接されることによって光ファイバ９が光ファイバ固定部材８に固定される。
【００４９】
光ファイバ固定部材８と光ファイバ９の取付金具１０とは、ともにＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るのがよく、両者をレーザビーム溶接により接合すると、両者が極めて良好に接合され、光ファイバ９に変形や破損を伴うことなく光ファイバ９を光ファイバ固定部材８に強固かつ容易に固定することができる。
【００５０】
また、光ファイバ固定部材８は、金属板１ｃに取着されており、底板１ａおよび側壁１ｂには直接取着されていないことから、光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接してもこのレーザビーム溶接による熱衝撃は、光ファイバ固定部材８と金属板１ｃとの接合部のみに局部的に加わり、底板１ａおよび側壁１ｂに加わることはほとんどない。従って、光ファイバ固定部材８に光ファイバ９を固定する際の熱により底板１ａおよび側壁１ｂにクラックが発生するのを有効に抑制することができる。
【００５１】
このようなことから、パッケージ内部に光半導体素子３等を収容するとともに光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接して固定した後、この光半導体素子３等が作動時に発生する熱等が繰り返し印加されたとしてもパッケージの気密性が損なわれるようなことはなく、内部に収容する光半導体素子３等を長期間にわたり、正常、かつ安定に作動させることが可能となる。
【００５２】
好ましくは、図２に示すように光ファイバ固定部材８の残部８ａの内径は一端部８ｂの内径よりも大きくなっているのがよい。この構成により、残部８ａの内周面と一端部８ｂの内周面との間に段差ができ、光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接しても、残部８ａから一端部８ｂへの熱伝達経路を長くすることができ、一端部８ｂの透光性部材１８との接合部に熱が伝わり難くすることができる。その結果、透光性部材１８にクラック等の破損が生じるのをより有効に防止でき、光半導体素子３の作動性をより良好なものとすることができる。
【００５３】
なお、光ファイバ固定部材８は、その露出する表面にＮｉやＡｕから成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくのがよい。これにより、光ファイバ固定部材８が酸化腐食することを有効に防止することができる。なお、この場合、光ファイバ固定部材８で光ファイバ９の取付金具１０がレーザビーム溶接される溶接面にＡｕから成るめっき金属層を被着させておくと、Ａｕから成るめっき金属層はレーザビームを反射させ易く、このため光ファイバ固定部材８と光ファイバ９の取付金具１０とをレーザビーム溶接により溶接することが困難となってしまう。従って光ファイバ固定部材８で光ファイバ９の取付金具１０が溶接される溶接面にはＡｕから成るめっき金属層は被着させないのがよい。
【００５４】
また、基体１の側壁１ｂの上面に被着されたメタライズ金属層７および金属板１ｃの上面にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る封止用金属枠体１１がＡｇろう等のろう材を介してろう付けされている。
【００５５】
封止用金属枠体１１は、基体１に蓋体２を接合するための下地金属として機能し、底板１ａの載置部に光半導体素子３および制御用集積回路素子４を搭載した後、この封止用金属枠体１１の上面に蓋体２をシームウエルド法により溶接することにより、パッケージ内部に光半導体素子３および制御用集積回路素子４が収容される。
【００５６】
なお、封止用金属枠体１１は、その露出表面にＮｉや金等から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくのがよい。これにより、封止用金属枠体１１が酸化腐食するのを有効に防止することができる。
【００５７】
また、封止用金属枠体１１の上面に溶接される蓋体２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、封止用金属枠体１１の上面にシームウエルド法により溶接されることによりパッケージ内部を気密に封止する。
【００５８】
なお、蓋体２は、その露出表面にＮｉやＡｕから成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくのがよい。これにより、蓋体２が酸化腐食するのを有効に防止することができる。
【００５９】
このような本発明のパッケージの載置部上面に光半導体素子３や制御用集積回路素子４を載置するとともにこれら光半導体素子３や制御用集積回路素子４の各電極をボンディングワイヤ６を介してメタライズ導体層５に電気的に接続した後、光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の取付金具１０をレーザビーム溶接により溶接して固定し、しかる後、封止用金属枠体１１の上面に蓋体２を取着することにより製品としての光半導体装置となり、光半導体素子３と光ファイバ９との間で光信号を授受させることによって高速光通信等に使用される。
【００６０】
【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。
【００６１】
図１の本発明のパッケージのサンプルと比較例のサンプルを以下のようにして作製した。底板１ａと側壁１ｂを熱膨張係数８×１０^−６／℃（０〜８００℃）のＡｌ_２Ｏ_３質焼結体で形成し、外形寸法が縦１０ｍｍ×横１０ｍｍ×高さ１．５ｍｍの直方体からなる底板１ａの上面の３辺の外周部に、厚みが１ｍｍ，高さが３ｍｍの側壁１ｂを形成することにより基体１を作製した。そして、側壁１ｂが形成されていない側面に、熱膨張係数が１０×１０^−６／℃（０〜８００℃）のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる高さ４ｍｍ×幅９．５ｍｍで厚みが表１に示す種々の厚みである金属板１ｃを融点７８０℃のＡｇろうにてろう付け接合した。
【００６２】
なお、金属板１ｃは左右の側面と下側面の間に曲率半径１ｍｍの面取部Ｃが形成され、金属板１ｃの基体１と接合される主面の上辺部以外の辺部に幅が金属板１ｃの厚みと同一で突出長さが０．６ｍｍの連続した突出部Ａが形成され、金属板１ｃの横方向の中央で上面から１．５ｍｍの位置を中心として直径３ｍｍの円形の貫通孔Ｂが形成されている。
【００６３】
次に、貫通孔Ｂに熱膨張係数が１０×１０^−６／℃（０〜８００℃）のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる、光ファイバ固定部材８を融点７８０℃のＡｇろうにてろう付け接合した。なお、光ファイバ固定部材８は、外形３ｍｍ×内径２ｍｍ×長さ２ｍｍの一端部８ｂと、外径５ｍｍ×内径２ｍｍ×長さ０．５ｍｍの残部８ａとからなり、一端部８ｂの内周面にはサファイアからなる直径１．９５ｍｍ×厚み０．４ｍｍの円板状の透光性部材１８がＡｇろうにてろう付け接合されている。
【００６４】
以上のようにして金属板１ｃが種々の厚みとされた本発明のパッケージのサンプルを各５個ずつ作製し、ろう付け接合後２５℃までパッケージが冷却された後、底板１ａおよび側壁１ｂの金属板１ｃとの接合部の表面を１０倍の光学顕微鏡にて観察し、クラック等の破損が無いかを観察した。
【００６５】
そしてさらに、各サンプルの光ファイバ固定部材８に外側から熱膨張係数が１０×１０^−６／℃（０〜８００℃）のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなる直径２．６ｍｍ×厚み０．５ｍｍの取付金具１０をレーザビーム溶接により溶接して固定し、底板１ａおよび側壁１ｂの金属板１ｃとの接合部の表面を１０倍の光学顕微鏡にて観察し、クラック等の破損が無いかを観察した。クラック等の破損があったものを不良品とした。
【００６６】
これらの評価結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】

【００６８】
また、取付金具１０をレーザビーム溶接により溶接して固定した後、取付金具１０を溶接固定前後での各サンプル５個ずつについて貫通孔Ｂの中心の変位量を測定した。
【００６９】
この評価結果を表２に示す。
【００７０】
【表２】

【００７１】
表１より、金属板１ｃは側壁１ｂの厚み以下に薄くすることにより、底板１ａおよび側壁１ｂの金属板１ｃとの接合部にクラック等の破損を生じさせることが無く、クラック等の破損防止に有効であることが判った。
【００７２】
また表２より、金属板１ｃは側壁１ｂの厚みの０．３倍以上の厚みにすることにより、変位量を４０μｍ以下の値に低減させることができ、本発明のパッケージが光ファイバ９と光半導体素子３との光軸ずれを抑制するのに有効であることが判った。
【００７３】
特に、金属板１ｃは側壁１ｂの厚みの０．７倍以上の厚みにすることにより、変位を２５μｍ以下とすることができ、光ファイバ９と光半導体素子３との光軸ずれ防止に非常に有効であることが判った。
【００７４】
また、全てのサンプルにおいて透光性部材１８が破損することはなかった。
【００７５】
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例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種々の変更を施すことは何等支障ない。例えば、メタライズ導体層５は側壁１ｂを貫通して被着される代わりに、底板１ａを貫通して被着されていてもよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属板の左右側面と下側面との間が面取りされているとともに開放部側の主面の上辺部以外の辺部に連続した突出部が形成されており、突出部の内側の厚みが側壁の厚みの０．３乃至１倍であることから、金属板を基体の側面ににろう付けする際、または光ファイバ固定部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接する際、金属板の突出部および金属板の突出部の内側が適度に弾性変形することによって熱応力を吸収することができるとともに、金属板が面取りされているため、熱応力を集中させることなく分散させることができる。その結果、底板や側壁にクラック等の破損が生じるのを有効に防止することができる。また、金属板が過度に変形するのを防止でき、光ファイバが位置ずれすることなく光半導体素子と光ファイバとの光結合効率を良好な状態で維持させて光信号を正常に伝送させることができ、光半導体素子の作動性を良好なものとする。
【００７７】
さらには、光ファイバ固定部材は金属板の貫通孔に嵌着された一端部が残部よりも細くなっていてその内周面に透光性部材が取着されていることから、光ファイバ固定部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接する際、透光性部材が取着された細い一端部に熱が伝わっても金属板に容易に放熱することができるため、透光性部材の位置がずれるのを有効に抑制し、光結合効率を高くすることができる。また、光ファイバ固定部材の一端部が細いためその一端部が熱膨張しようとしても金属板に拘束され易くなるとともに一端部の変形が小さくなる結果、透光性部材と光ファイバ固定部材との熱膨張差による熱応力が透光性部材に加わり難くなり、透光性部材にクラック等の破損が生じるのを有効に抑制できる。従って、透光性部材を介して光信号を正常に伝送させることができ、光半導体素子の作動性を良好なものとすることができる。
【００７８】
そのような結果、パッケージの気密を完全なものとなし、光ファイバの位置ずれを防止し、透光性部材の破損を防止して、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができる。
【００７９】
本発明の光半導体装置は、上記構成の光半導体素子収納用パッケージと、光ファイバ固定部材に固定された光ファイバと、この光ファイバに光学的に結合するように載置部に載置された光半導体素子と、側壁の上面に取着された蓋体とを具備していることにより、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた光結合効率が高いとともに気密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分解斜視図である。
【図２】図１の光半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージを示す斜視図である。
【図４】図３の光半導体素子収納用パッケージを示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：底板
１ｂ：側壁
１ｃ：金属板
２：蓋体
３：光半導体素子
８：光ファイバ固定部材
８ａ：残部
８ｂ：一端部
９：光ファイバ
１０：取付金具
１８：透光性部材
Ａ：突出部
Ｂ：貫通孔

Claims

四角形状の底板の上面の３つの辺部に側壁が立設されて残りの１つの辺部側が開放部とされているとともに前記側壁の内側の上面に光半導体素子が載置される載置部が設けられたセラミックスから成る基体と、前記開放部を塞ぐように前記基体の側面に接合された四角形状の金属板と、該金属板の主面間を貫通して前記側壁の内側に連通するように形成された貫通孔と、内周面に透光性部材が取着されるとともに一端部が前記貫通孔に嵌着された金属から成る筒状の光ファイバ固定部材とを具備しており、前記金属板は、左右側面と下側面との間が面取りされているとともに前記開放部側の主面の上辺部以外の辺部に連続した突出部が形成されており、該突出部の内側の厚みが前記側壁の厚みの０．３乃至１倍であり、前記光ファイバ固定部材は、前記一端部が残部よりも細くなっていてその内周面に前記透光性部材が取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。
請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記光ファイバ固定部材に固定された光ファイバと、該光ファイバに光学的に結合するように前記載置部に載置された光半導体素子と、前記側壁の上面に取着された蓋体とを具備していることを特徴とする光半導体装置。