【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および光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野に使用され、電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）や光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）等の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（以下、単にパッケージともいう）の一例を図３に示す。図３は従来のパッケージの断面図である。
【０００３】
図３において、１１は上面に凹部１１ａを有する基体、１２は光半導体素子、１６は光半導体素子１２を搭載するサブマウント、１６ａはサブマウント１６の上面に形成されたレンズ取付部、１３はレンズ取付部１６ａに載置固定された球状レンズ、１４は蓋体である。
【０００４】
基体１１は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質セラミックス，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質セラミックス等の誘電体より形成されており、その底面に光半導体素子１２を搭載するためのサブマウント１６が載置固定されている。また、外部から駆動信号を取り入れて内部に収納する光半導体素子１２を駆動させるため、または光半導体素子１２から出力された電気信号を外部に取り出すためのメタライズ層や金属製の端子（図示せず）が設けられている。
【０００５】
サブマウント１６は、シリコン（Ｓｉ）等から成る基板から成り、その上面をエッチング等で加工することにより断面形状がＶ字形のＶ溝から成るレンズ取付部１６ａが上面の光半導体素子１２の近傍から側面にかけて形成されている。そして、レンズ取付部１６ａに球状レンズ１３が載置固定されている。
【０００６】
これにより、サブマウント１６に搭載される光半導体素子１２と球状レンズ１３との位置精度を良好にすることができ、その結果、球状レンズ１３と光半導体素子１２との光学的結合を良好なものとすることができる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
このようなパッケージのサブマウント１６の上面に光半導体素子１２が接着剤等により搭載固定され、光ファイバ１５の一端部が基体１１の側壁部に形成した貫通穴からなる取付部１１ｂに挿通されるとともに取付部１１ｂの内面に支持固定されることにより、光半導体素子１２と光ファイバ１５とが球状レンズ１３を介して光学的に結合される。そして、基体１１の上面に樹脂接着剤，ロウ材等を介して蓋体１４が取着されて内部が気密に封止されることにより光半導体装置となる。
【０００８】
この光半導体装置は、基体１１内部の光半導体素子１２から光信号を発光させ、この光信号を取付部１１ｂに取りつけられた光ファイバ１５を通して外部へ出力することにより、または、光ファイバ１５を伝達してくる光信号を光半導体素子１２に受光させ、この受光した光信号を光半導体素子１２で電気信号に変換することにより、高速光通信分野等で用いられる光半導体装置として機能する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平７−１９９００６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、作動時に光半導体素子１２が発熱すると、サブマウント１６と基体１１との間で熱膨張差が生じてサブマウント１６が反り、光ファイバ１５と光半導体素子１２との光結合効率が劣化するという問題点があった。
【００１１】
また、球状レンズ１３はサブマウント１６の上面に形成されたＶ溝から成るレンズ取付部１６ａに載置固定されるため、球状レンズ１３をレンズ取付部１６ａに取着する際、球状レンズ１３がレンズ取付部１６ａに沿ってずれ易く、球状レンズ１３をレンズ取付部１６ａの所定の位置に精度よく載置固定するのが困難であった。また、球状レンズ１３とレンズ取付部１６ａとの接点が２点しかなく非常に小さいため、球状レンズ１３をレンズ取付部１６ａに低融点のガラスやロウ材で強固に固定することができず、球状レンズ１３とレンズ取付部１６ａとの取着部が剥離し易くなり、その結果、光半導体素子１２と球状レンズ１３との光学的結合が劣化するという問題点もあった。
【００１２】
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、光半導体素子と光ファイバとの光結合効率を良好にし、光信号を効率よく伝送し得る光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を提供することにある。
【００１３】
【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、上側主面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための直方体状の凸部から成る載置部を有する誘電体から成る基体と、該基体の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバの取付部とを具備しており、前記基体は、前記上側主面の前記取付部と前記載置部との間の部位に横断面形状が円形状の凹部から成るレンズ取付部が形成されており、該レンズ取付部の開口に該開口よりも大きな直径の球状レンズが取着され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、上側主面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための直方体状の凸部から成る載置部を有する誘電体から成る基体と、この基体の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバの取付部とを具備しており、基体は、上側主面の取付部と載置部との間の部位に横断面形状が円形状の凹部から成るレンズ取付部が形成されており、このレンズ取付部の開口にこの開口よりも大きな直径の球状レンズが取着されていることから、載置部と基体とが一体となっているため、これらの熱膨張差が要因となって載置部や基体に反りが発生するということはなく、作動時に光半導体素子が発熱しても載置部の位置精度が維持され、その結果、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好に維持することができる。
【００１５】
また、基体の上側主面に形成したレンズ取付部の開口が全周にわたって球状レンズに接して支持することができるため、球状レンズをレンズ取付部に取着する際、球状レンズがずれるのを有効に防止し、球状レンズを位置精度良く固定することができる。さらに、球状レンズとレンズ取付部との取着部分を大きくすることができるため、球状レンズとレンズ取付部との取着強度が大きくなって取着部が剥離することもなく、球状レンズをレンズ取付部に長期にわたって確実に載置固定することができる。その結果、光半導体素子と球状レンズとの光学的結合を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子と間の光信号の伝送効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための直方体状の凸部から成る載置部を有する誘電体から成る基体と、該基体の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバの取付部とを具備しており、前記基体は、前記上側主面の前記取付部と前記載置部との間の部位に環状部材が接合されており、該環状部材の開口に該開口よりも大きな直径の球状レンズが取着されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための直方体状の凸部から成る載置部を有する誘電体から成る基体と、この基体の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバの取付部とを具備しており、基体は、上側主面の取付部と載置部との間の部位に環状部材が接合されており、この環状部材の開口にこの開口よりも大きな直径の球状レンズが取着されていることから、載置部と基体とが一体となっているため、これらの熱膨張差が要因となって載置部や基体に反りが発生するということはなく、作動時に光半導体素子が発熱しても載置部の位置精度が維持され、その結果、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好に維持することができる。
【００１８】
また、基体の上側主面に接合した環状部材の開口が全周にわたって球状レンズに接して支持することができるため、球状レンズを環状部材に取着する際、球状レンズがずれるのを有効に防止し、球状レンズを位置精度良く固定することができる。さらに、球状レンズと環状部材との取着部分を大きくすることができるため、球状レンズと環状部材との取着強度が大きくなって取着部が剥離することもなく、球状レンズを環状部材に長期にわたって確実に載置固定することができる。その結果、光半導体素子と球状レンズとの光学的結合を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子と間の光信号の伝送効率を向上させることができる。
【００１９】
さらに、基体が歪んだとしても環状部材で歪みによる応力を吸収することができるため、球状レンズに応力によってクラックが生じるのを有効に抑制することができる。
【００２０】
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、前記取付部に一端部が挿通されて固定された光ファイバと、前記載置部に搭載固定されるとともに前記球状レンズを介して前記光ファイバと光学的に結合された光半導体素子と、前記側壁部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。
【００２１】
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、光信号の伝送効率に優れたものとなる。
【００２２】
【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を説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の例を示す断面図であり、図２は本発明のパッケージの要部拡大断面図である。
【００２３】
図１，図２において、１は基体、１ｂは光ファイバ５の取付部、１ｃは載置部、１ｄはレンズ取付部、２は光半導体素子、３は球状レンズ、４は蓋体である。基体１と蓋体４とで内部に光半導体素子２を収容するための容器が構成される。
【００２４】
本発明のパッケージは、上側主面に形成された凹部１ａの底面に光半導体素子２を載置するための直方体状の凸部から成る載置部１ｃを有する誘電体から成る基体１と、この基体１の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバ５の取付部１ｂとを具備しており、基体１は、上側主面の取付部１ｂと載置部１ｃとの間の部位に横断面形状が円形状の凹部から成るレンズ取付部１ｄが形成されており、このレンズ取付部１ｄの開口にこの開口よりも大きな直径の球状レンズ３が取着されている。
【００２５】
基体１は、凸部から成る載置部１ｃが一体となっており、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質セラミックス，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質セラミックス等の誘電体よりなる。また、外部から駆動信号を取り入れて内部に収納する光半導体素子２を駆動させるため、または光半導体素子２から出力された電気信号を外部に取り出すためのメタライズ層や金属製の端子等の導体層（図示せず）が設けられている。
【００２６】
このような基体１は、セラミックグリーンシートに金型等によって打ち抜き加工を施すとともに、基体１の内外を導通させ、光半導体素子２に駆動信号を入力したり光半導体素子２から出力された電気信号を外部へ取り出したりするための導体層となるＷ，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塗布し、これらのセラミックグリーンシートを積層，焼成することによって作製される。
【００２７】
また、基体１は樹脂から成っていてもよく、エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法や、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂を用いたインジェクション成型法等によって作製される。この場合、基体１の側壁部には、光半導体素子２に駆動信号を入力したり光半導体素子２から出力された電気信号を取り出したりするための鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属製の端子（図示せず）が取り付けられている。
【００２８】
この金属製の端子は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。また端子は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をめっき法により所定厚み（１〜２０μｍ程度）に被着させておくのがよく、端子の酸化腐蝕を有効に防止できるとともに端子とボンディングワイヤ等の電気的な接続手段との接続を信頼性の高いものとなすことができる。
【００２９】
球状レンズ３は、ガラスやサファイア等の透光性部材からなり、図２に示すように、基体１の上側主面の取付部１ｂと載置部１ｃとの間の部位に形成された横断面形状が円形状の凹部から成るレンズ取付部１ｄの開口に低融点ガラス（融点３５０〜５５０℃）やロウ材、樹脂接着材等の接着剤を介して全周にわたって取着されている。なお、球状レンズ３の材質や大きさは、光信号のスポット径や、焦点距離等によって適宜選定される。
【００３０】
球状レンズ３は以下のようにしてレンズ取付部１ｄの開口に取着される。先ず、レンズ取付部１ｄの開口付近にリング状に低融点ガラスをあらかじめ被着しておき、その上に球状レンズ３を設置する。その後、熱を加えて低融点ガラスを溶融させることにより球状レンズ３を取着させる。または、球状レンズ３の取着部分に、例えばチタン（Ｔｉ）層またはクロム（Ｃｒ）層を下地として、白金（Ｐｔ）層やＡｕ層を順次蒸着して金属膜を施す。そして、レンズ取付部１ｄの開口にリング状にＡｕ−錫（Ｓｎ）ロウ，Ａｕ−ゲルマニウム（Ｇｅ）ロウ等の低融点のロウ材をあらかじめ被着し、その上に球状レンズ３を設置した後、ロウ材を溶融させることで球状レンズ３を取着させる。なお、球状レンズ３がサファイア等の高融点のものであれば、Ａｇロウ等を用いて取着してもよい。
【００３１】
レンズ取付部１ｄは、横断面形状が円形状の凹部からなり、円柱状（図１）や球面状、逆円錐状等の形状とされる。
【００３２】
レンズ取付部１ｄが円柱状である場合、球状レンズ３の直径をａ１，レンズ取付部１ｄの直径をａ２としたとき、０．５×ａ１≦ａ２≦０．８５×ａ１であるのがよい。この構成により、球状レンズ３とレンズ取付部１ｄとの取着強度を強固にすることができるとともに、球状レンズ３のレンズ取付部１ｄの内側に入り込んで光透過が妨げられる部分の割合を最小限に抑え、光信号の損失が生じるのをより有効に抑制することができる。ａ２＜０．５×ａ１であると、レンズ取付部１ｄの開口の外周の長さが短くなり、球状レンズ３とレンズ取付部１ｄとの取着強度が小さくなり易い。また、ａ２＞０．８５×ａ１であると、球状レンズ３のレンズ取付部１ｄの内側に入り込む部分の割合が大きくなり、球状レンズ３を透過する光信号の損失が大きくなり易い。
【００３３】
また、レンズ取付部１ｄが円柱状である場合、レンズ取付部１ｄの深さは球状レンズ３がレンズ取付部１ｄの開口に取着されたときに底面に接触する深さ以上である。この構成により、レンズ取付部１ｄの開口に球状レンズ３を嵌め込むことにより精度良く球状レンズ３を固定することができる。また、レンズ取付部１ｄの内面と球面レンズ３との間の接合材の体積が大きくなり、球状レンズ３と基体１との熱膨張差によって生じる応力をこの接合材により有効に吸収することができる。
【００３４】
レンズ取付部１ｄが球面状である場合、その曲率半径が球状レンズ３の曲率半径以下である。レンズ取付部１ｄの曲率半径が球状レンズ３の曲率半径と同じである場合、レンズ取付部１ｄの内面全体で球状レンズ３を取着することができ、取着強度がより強固になる。また、レンズ取付部１ｄの曲率半径が球状レンズ３の曲率半径よりも小さい場合、レンズ取付部１ｄの内面と球面レンズ３との間の接合材の体積が大きくなり、球状レンズ３と基体１との熱膨張差によって生じる応力をこの接合材により有効に吸収することができる。
【００３５】
また、レンズ取付部１ｄが逆円錐状である場合、球面レンズ３の下側に大きな体積の接合材を溜めることができ、球状レンズ３と基体１との熱膨張差によって生じる応力をこの接合材により有効に吸収することができる。
【００３６】
次に第２の発明のパッケージについて以下に詳細を説明する。図４は本発明のパッケージについて実施の形態の例を示す断面図であり、図５は本発明のパッケージの要部拡大断面図である。
【００３７】
図４，図５において、１は基体、１ｂは光ファイバ５の取付部、１ｃは載置部、２は光半導体素子、３は球状レンズ、４は蓋体、６は環状部材である。基体１と蓋体４とで内部に光半導体素子２を収容するための容器が構成される。
【００３８】
本発明のパッケージは、上側主面に形成された凹部１ａの底面に光半導体素子２を載置するための直方体状の凸部から成る載置部１ｃを有する誘電体から成る基体１と、この基体１の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバの取付部１ｂとを具備しており、基体１は、上側主面の取付部１ｂと載置部１ｃとの間の部位に環状部材６が接合されており、この環状部材６の開口にこの開口よりも大きな直径の球状レンズ３が取着されている
基体１は、凸部から成る載置部１ｃが一体となっており、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質セラミックス，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質セラミックス等の誘電体よりなる。また、外部から駆動信号を取り入れて内部に収納する光半導体素子２を駆動させるため、または光半導体素子２から出力された電気信号を外部に取り出すためのメタライズ層や金属製の端子等の導体層（図示せず）が設けられている。
【００３９】
このような基体１は、セラミックグリーンシートに金型等によって打ち抜き加工を施すとともに、基体１の内外を導通させ、光半導体素子２に駆動信号を入力したり光半導体素子２から出力された電気信号を外部へ取り出したりするための導体層となるＷ，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塗布し、これらのセラミックグリーンシートを積層，焼成することによって作製される。
【００４０】
また、基体１は樹脂から成っていてもよく、エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法や、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の熱可塑性樹脂を用いたインジェクション成型法等によって作製される。この場合、基体１の側壁部には、光半導体素子２に駆動信号を入力したり光半導体素子２から出力された電気信号を取り出したりするための鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属製の端子（図示せず）が取り付けられている。
【００４１】
この金属製の端子は、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。また端子は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をめっき法により所定厚み（１〜２０μｍ程度）に被着させておくのがよく、端子の酸化腐蝕を有効に防止できるとともに端子とボンディングワイヤ等の電気的な接続手段との接続を信頼性の高いものとなすことができる。
【００４２】
環状部材６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなり、図４に示すように、基体１の上側主面の取付部１ｂと載置部１ｃとの間の部位に、ロウ材や、樹脂接着剤などの接着剤を介して接合される。
【００４３】
球状レンズ３は、ガラスやサファイア等の透光性部材からなり、図４に示すように、基体１の上側主面の取付部１ｂと載置部１ｃとの間の部位に形成された環状部材６の開口に低融点ガラス（融点３５０〜５５０℃）やロウ材、樹脂接着材等の接着剤を介して全周にわたって取着されている。なお、球状レンズ３の材質や大きさは、光信号のスポット径や、焦点距離等によって適宜選定される。
【００４４】
球状レンズ３は以下のようにして環状部材６の開口に取着される。先ず、環状部材６の開口付近にリング状に低融点ガラスをあらかじめ被着しておき、その上に球状レンズ３を設置する。その後、熱を加えて低融点ガラスを溶融させることにより球状レンズ３を取着させる。または、球状レンズ３の取着部分に、例えばチタン（Ｔｉ）層またはクロム（Ｃｒ）層を下地として、白金（Ｐｔ）層やＡｕ層を順次蒸着して金属膜を施す。そして、環状部材６の開口にリング状にＡｕ−錫（Ｓｎ）ロウ，Ａｕ−ゲルマニウム（Ｇｅ）ロウ等の低融点のロウ材をあらかじめ被着し、その上に球状レンズ３を設置した後、ロウ材を溶融させることで球状レンズ３を取着させる。なお、球状レンズ３がサファイア等の高融点のものであれば、Ａｇロウ等を用いて取着してもよい。
【００４５】
環状部材６の大きさは、球状レンズ３の直径をａ１，環状部材６の開口の直径をａ３としたとき、０．５×ａ１≦ａ３≦０．８５×ａ１であるのがよい。この構成により、球状レンズ３と環状部材６との取着強度を強固にすることができるとともに、球状レンズ３の環状部材６の内側に入り込んで光透過が妨げられる部分の割合を最小限に抑え、光信号の損失が生じるのをより有効に抑制することができる。ａ３＜０．５×ａ１であると、環状部材６の開口の外周長さが短くなり、球状レンズ３と環状部材６との取着強度が小さくなり易い。また、ａ３＞０．８５×ａ１であると、球状レンズ３の環状部材６の内側に入り込む部分の割合が大きくなり、球状レンズ３を透過する光信号の損失が大きくなり易い。
【００４６】
また環状部材６は、横断面形状が円形状の貫通孔を有する板状部材であればよく、外形は円形状や四角形状等の種々の形状とすることができる。環状部材６の高さは球状レンズ３が環状部材６の開口に取着されたときに底面に接触する高さ以上である。この構成により、環状部材６の開口に球状レンズ３を嵌め込むことにより精度良く球状レンズ３を固定することができる。また、環状部材６の内面と球面レンズ３との間の接合材の体積が大きくなり、球状レンズ３と基体１との熱膨張差によって生じる応力をこの接合材により有効に吸収することができる。
【００４７】
さらに環状部材６は、球状レンズ３が取着される開口部が全周にわたって、直線状や上に凸になった曲面状、中央部が凹んだ曲面状等の形状に面取りされているのがよい。これにより、環状部材６の開口部の角に熱応力が集中して球状レンズ３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。
【００４８】
また環状部材６は、完全に環状でなくともよく、好ましくは、側部に縦に１つまたはそれ以上の切断部を有しているのがよい。これにより、環状部材６に熱応力が加わった場合に環状部材６が適度に動くことができるので応力を緩和することが可能となり、その結果、球状レンズ３にクラックを生じたり、球状レンズ３の位置がずれたりするのを有効に抑制することができる。
【００４９】
本発明の光半導体装置は、上記本発明のパッケージと、取付部１ｂに一端部が挿通されて接着剤やロウ材等で固定された光ファイバ５と、載置部１ｃに接着剤などで搭載固定されるとともに球状レンズ３を介して光ファイバ５と光学的に結合された光半導体素子２と、基体１の側壁部の上面に樹脂製接着剤等から成る封止材で取着された金属やセラミックス、樹脂等から成る蓋体４とを具備している。
【００５０】
なお、光ファイバ５は、その一端部に光ファイバ５を固定するためのフェルール等の固定部材を設け、この固定部材を介して取付部１ｂに取着されてもよい。
【００５１】
本発明の光半導体装置は、基体１内部の光半導体素子２から光信号が発光され、この光信号がレンズ取付部１ｄに載置固定された球状レンズ３で集光されて取付部１ｂに設置固定された光ファイバ５に伝送され、光ファイバ５を介して外部へ出力されることにより、または、光ファイバ５を伝達してくる光信号がレンズ取付部１ｄに載置固定された球状レンズ３で集光されて光半導体素子２に受光され、受光された光信号に対応する電気信号を光半導体素子２により出力させることにより、高速光通信分野等で用いられる光半導体装置として機能する。
【００５２】
かくして、本発明のパッケージは、凸部から成る載置部１ｃ，レンズ取付部１ｄを基体１と一体成型することにより、作動時に光半導体素子２が発熱しても凸部１ｃと基体１とが同じ材質から成るため、基体１との熱膨張差によって凸部１ｃに反りが発生することがなく、その結果、光ファイバ５と光半導体素子２との光結合効率を良好に維持できる。または、環状部材６を接合することによる球状レンズ３を基体１の正確な位置に強固に固定でき、光ファイバ５と光半導体素子２との光結合効率を良好に維持できる。
【００５３】
なお、本発明は上述の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は可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための直方体状の凸部から成る載置部を有する誘電体から成る基体と、この基体の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバの取付部とを具備しており、基体は、上側主面の取付部と載置部との間の部位に横断面形状が円形状の凹部から成るレンズ取付部が形成されており、このレンズ取付部の開口にこの開口よりも大きな直径の球状レンズが取着されていることから、載置部と基体とが一体となっているため、これらの熱膨張差が要因となって載置部や基体に反りが発生するということはなく、作動時に光半導体素子が発熱しても載置部の位置精度が維持され、その結果、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好に維持することができる。
【００５５】
また、基体の上側主面に形成したレンズ取付部の開口が全周にわたって球状レンズを支持することができるため、球状レンズをレンズ取付部に取着する際、球状レンズがずれるのを防止し、球状レンズを位置精度良く固定することができる。さらに、球状レンズとレンズ取付部との取着面積を大きくすることができるため、球状レンズとレンズ取付部との取着強度が大きくなって取着部が剥離することもなく、球状レンズをレンズ取付部に長期にわたって確実に載置固定することができる。その結果、光半導体素子と球状レンズとの光学的結合を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子と間の光信号の伝送効率を向上させることができる。
【００５６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための直方体状の凸部から成る載置部を有する誘電体から成る基体と、この基体の側壁部に形成された貫通孔から成る光ファイバの取付部とを具備しており、基体は、上側主面の取付部と載置部との間の部位に環状部材が接合されており、この環状部材の開口にこの開口よりも大きな直径の球状レンズが取着されていることから、載置部と基体とが一体となっているため、これらの熱膨張差が要因となって載置部や基体に反りが発生するということはなく、作動時に光半導体素子が発熱しても載置部の位置精度が維持され、その結果、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好に維持することができる。
【００５７】
また、基体の上側主面に接合した環状部材の開口が全周にわたって球状レンズに接して支持することができるため、球状レンズを環状部材に取着する際、球状レンズがずれるのを有効に防止し、球状レンズを位置精度良く固定することができる。さらに、球状レンズと環状部材との取着部分を大きくすることができるため、球状レンズと環状部材との取着強度が大きくなって取着部が剥離することもなく、球状レンズを環状部材に長期にわたって確実に載置固定することができる。その結果、光半導体素子と球状レンズとの光学的結合を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子と間の光信号の伝送効率を向上させることができる。
【００５８】
さらに、基体が歪んだとしても環状部材で歪みによる応力を吸収することができるため、球状レンズに応力によってクラックが生じるのを有効に抑制することができる。
【００５９】
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、取付部に一端部が挿通されて固定された光ファイバと、載置部に搭載固定されるとともに球状レンズを介して光ファイバと光学的に結合された光半導体素子と、側壁部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、光信号の伝送効率に優れたものとなる。
【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】図１の光半導体素子収納用パッケージの要部拡大断面図である。
【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【図４】本発明の他の発明による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５】図４の光半導体素子収納用パッケージの要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：凹部
１ｂ：取付部
１ｃ：載置部
１ｄ：レンズ取付部
２：光半導体素子
３：球状レンズ
４：蓋体
５：光ファイバ
６：環状部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor element housing package for housing an optical semiconductor element and an optical semiconductor device used in an optical communication field or the like.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, optical semiconductor element housings for housing optical semiconductor elements such as a semiconductor laser (LD) that converts an electric signal into an optical signal and a photodiode (PD) that converts an optical signal into an electric signal are used in the optical communication field. FIG. 3 shows an example of an application package (hereinafter simply referred to as a package). FIG. 3 is a sectional view of a conventional package.
[0003]
3, reference numeral 11 denotes a base having a concave portion 11a on the upper surface, 12 denotes an optical semiconductor element, 16 denotes a submount on which the optical semiconductor element 12 is mounted, 16a denotes a lens mounting portion formed on the upper surface of the submount 16, and 13 denotes a lens. The spherical lens 14 mounted and fixed on the mounting portion 16a is a lid.
[0004]
The substrate 11 is made of alumina (Al 2 O 3 ) -Based ceramics, aluminum nitride (AlN) -based ceramics, mullite (3Al 2 O 3 ・ 2SiO 2 A) A submount 16 for mounting the optical semiconductor element 12 is mounted and fixed on the bottom surface thereof. Further, a metallization layer or a metal terminal (not shown) for taking in a drive signal from the outside to drive the optical semiconductor element 12 housed therein or for taking out an electric signal output from the optical semiconductor element 12 to the outside. ) Is provided.
[0005]
The submount 16 is formed of a substrate made of silicon (Si) or the like, and the upper surface thereof is processed by etching or the like so that a lens mounting portion 16a having a V-shaped cross section is formed near the optical semiconductor element 12 on the upper surface. It is formed over the side. The spherical lens 13 is mounted and fixed on the lens mounting portion 16a.
[0006]
Thereby, the positional accuracy between the optical semiconductor element 12 and the spherical lens 13 mounted on the submount 16 can be improved, and as a result, the optical coupling between the spherical lens 13 and the optical semiconductor element 12 can be improved. (For example, see Patent Document 1 below).
[0007]
The optical semiconductor element 12 is mounted and fixed on the upper surface of the submount 16 of such a package with an adhesive or the like, and one end of the optical fiber 15 is inserted into a mounting portion 11 b formed of a through hole formed in a side wall of the base 11. The optical semiconductor element 12 and the optical fiber 15 are optically coupled via the spherical lens 13 by being supported and fixed on the inner surface of the mounting portion 11b. Then, a lid 14 is attached to the upper surface of the base 11 via a resin adhesive, a brazing material, or the like, and the inside is hermetically sealed, thereby forming an optical semiconductor device.
[0008]
The optical semiconductor device emits an optical signal from the optical semiconductor element 12 inside the base body 11 and outputs the optical signal to the outside through the optical fiber 15 attached to the mounting portion 11b, or transmits the optical fiber 15. The received optical signal is received by the optical semiconductor element 12, and the received optical signal is converted into an electric signal by the optical semiconductor element 12, thereby functioning as an optical semiconductor device used in a high-speed optical communication field or the like.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-7-199006
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional package, when the optical semiconductor element 12 generates heat during operation, a difference in thermal expansion occurs between the submount 16 and the base 11, and the submount 16 warps, and the optical fiber 15 and the optical semiconductor element 12 However, there is a problem that the optical coupling efficiency is deteriorated.
[0011]
Further, since the spherical lens 13 is placed and fixed on the lens mounting portion 16a formed of a V-groove formed on the upper surface of the submount 16, when the spherical lens 13 is mounted on the lens mounting portion 16a, the spherical lens 13 is It is easy to shift along the mounting portion 16a, and it is difficult to accurately mount and fix the spherical lens 13 at a predetermined position of the lens mounting portion 16a. Also, since there are only two points of contact between the spherical lens 13 and the lens mounting portion 16a, which are extremely small, the spherical lens 13 cannot be firmly fixed to the lens mounting portion 16a with low melting point glass or brazing material. The attachment portion between the lens 13 and the lens mounting portion 16a is easily peeled off, and as a result, the optical coupling between the optical semiconductor element 12 and the spherical lens 13 is deteriorated.
[0012]
Accordingly, the present invention has been completed in view of the above problems, and has as its object to improve the optical coupling efficiency between an optical semiconductor element and an optical fiber, and to accommodate an optical semiconductor element capable of efficiently transmitting an optical signal. It is to provide a package and an optical semiconductor device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
An optical semiconductor element housing package of the present invention includes a base body made of a dielectric having a mounting portion formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting an optical semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper main surface; A mounting portion for an optical fiber comprising a through hole formed in a side wall portion of the base, wherein the base has a cross section at a position between the mounting portion and the mounting portion on the upper main surface. A lens mounting portion having a circular concave portion is formed, and a spherical lens having a larger diameter than the opening is attached to an opening of the lens mounting portion.
[0014]
An optical semiconductor element housing package of the present invention includes a base body made of a dielectric having a mounting portion formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting an optical semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper main surface; An optical fiber mounting portion comprising a through hole formed in a side wall portion of the base; and the base has a circular cross-sectional shape at a portion between the mounting portion and the mounting portion on the upper main surface. Is formed, and a spherical lens having a diameter larger than this opening is attached to the opening of the lens attaching portion, so that the mounting portion and the base are integrated. Therefore, warping does not occur in the mounting portion or the base body due to the difference in thermal expansion, and the positioning accuracy of the mounting portion is maintained even when the optical semiconductor element generates heat during operation, and as a result, Maintain good optical coupling efficiency between optical fiber and optical semiconductor device It is possible.
[0015]
Also, since the opening of the lens mounting portion formed on the upper main surface of the base can be in contact with and support the spherical lens over the entire circumference, it is effective to displace the spherical lens when the spherical lens is mounted on the lens mounting portion. And the spherical lens can be fixed with high positional accuracy. Furthermore, since the attachment portion between the spherical lens and the lens attachment portion can be enlarged, the attachment strength between the spherical lens and the lens attachment portion increases, and the attachment portion does not peel off. It can be securely mounted and fixed to the mounting portion for a long time. As a result, the optical coupling between the optical semiconductor element and the spherical lens can be improved, and the transmission efficiency of the optical signal between the optical fiber and the optical semiconductor element can be improved.
[0016]
An optical semiconductor element housing package of the present invention includes a base body made of a dielectric having a mounting portion formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting an optical semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper main surface; An optical fiber mounting portion comprising a through hole formed in a side wall portion of the base, wherein the base is provided with an annular member at a position between the mounting portion and the mounting portion on the upper main surface. Are joined, and a spherical lens having a diameter larger than the opening is attached to the opening of the annular member.
[0017]
An optical semiconductor element housing package of the present invention includes a base body made of a dielectric having a mounting portion formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting an optical semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper main surface; An optical fiber mounting portion comprising a through hole formed in a side wall portion of the base; an annular member is joined to the base at a portion between the mounting portion and the mounting portion on the upper main surface; Since a spherical lens having a diameter larger than the opening is attached to the opening of the annular member, the mounting portion and the base are integrated with each other. There is no warping of the mounting part or the base, and the positional accuracy of the mounting part is maintained even if the optical semiconductor element generates heat during operation, and as a result, the optical coupling efficiency between the optical fiber and the optical semiconductor element is improved. It can be maintained well.
[0018]
In addition, since the opening of the annular member joined to the upper main surface of the base can be in contact with and support the spherical lens over the entire circumference, when the spherical lens is attached to the annular member, the spherical lens is effectively prevented from shifting. In addition, the spherical lens can be fixed with high positional accuracy. Furthermore, since the attachment portion between the spherical lens and the annular member can be enlarged, the attachment strength between the spherical lens and the annular member increases, and the attachment portion does not peel off, and the spherical lens is attached to the annular member. It can be securely mounted and fixed for a long time. As a result, the optical coupling between the optical semiconductor element and the spherical lens can be improved, and the transmission efficiency of the optical signal between the optical fiber and the optical semiconductor element can be improved.
[0019]
Furthermore, even if the base is distorted, since the stress caused by the distortion can be absorbed by the annular member, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in the spherical lens due to the stress.
[0020]
The optical semiconductor device according to the present invention includes the package for storing an optical semiconductor element according to the present invention, an optical fiber having one end portion inserted through the mounting portion and fixed, and the spherical lens mounted and fixed on the mounting portion. And an optical semiconductor device optically coupled to the optical fiber through the optical fiber, and a lid attached to the upper surface of the side wall portion.
[0021]
According to the optical semiconductor device of the present invention having the above configuration, the optical signal transmission efficiency using the optical semiconductor element housing package of the present invention is excellent.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The optical semiconductor element storage package of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the package of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the package of the present invention.
[0023]
1 and 2, reference numeral 1 denotes a base, 1b denotes a mounting portion of the optical fiber 5, 1c denotes a mounting portion, 1d denotes a lens mounting portion, 2 denotes an optical semiconductor element, 3 denotes a spherical lens, and 4 denotes a lid. The base 1 and the lid 4 constitute a container for housing the optical semiconductor element 2 inside.
[0024]
The package according to the present invention includes a substrate 1 made of a dielectric having a mounting portion 1c formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting the optical semiconductor element 2 on the bottom surface of a concave portion 1a formed on the upper main surface; And a mounting portion 1b for an optical fiber 5 formed of a through hole formed in a side wall portion of the base 1. The base 1 traverses a portion of the upper main surface between the mounting portion 1b and the mounting portion 1c. A lens mounting portion 1d formed of a concave portion having a circular surface shape is formed, and a spherical lens 3 having a diameter larger than the opening is attached to an opening of the lens mounting portion 1d.
[0025]
The base 1 has a mounting portion 1c formed of a convex portion integrated with alumina (Al). 2 O 3 ) -Based ceramics, aluminum nitride (AlN) -based ceramics, mullite (3Al 2 O 3 ・ 2SiO 2 ) It is made of a dielectric such as ceramics. Further, a conductor layer such as a metallized layer or a metal terminal for driving the optical semiconductor element 2 housed therein by taking in a drive signal from the outside, or for taking out an electric signal output from the optical semiconductor element 2 to the outside. (Not shown) is provided.
[0026]
Such a base 1 is formed by punching a ceramic green sheet with a mold or the like, and conducting inside and outside of the base 1 to input a drive signal to the optical semiconductor element 2 or to output an electric signal output from the optical semiconductor element 2. A metal paste obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like to a high melting point metal powder such as W or Mo serving as a conductor layer for taking out the ceramic green sheet, and applying these ceramic green sheets Are produced by stacking and firing.
[0027]
The base 1 may be made of a resin, such as a transfer molding method using an epoxy-based thermosetting resin, or an injection molding method using a thermoplastic resin such as polyphenylene sulfide (PPS) or liquid crystal polymer (LCP). It is produced by a method or the like. In this case, iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt () for inputting a drive signal to the optical semiconductor element 2 and extracting an electric signal output from the optical semiconductor element 2 is provided on the side wall of the base 1. A metal terminal (not shown) such as a Co) alloy or an Fe-Ni alloy is attached.
[0028]
The metal terminal is formed into a predetermined shape by applying a conventionally known metal working method such as a rolling method or a punching method to an ingot made of, for example, an Fe—Ni—Co alloy. The terminal is preferably coated with a metal such as Ni or gold (Au) having good conductivity and excellent corrosion resistance to a predetermined thickness (about 1 to 20 μm) by a plating method on the exposed surface. Can be effectively prevented, and the connection between the terminal and an electrical connection means such as a bonding wire can be made highly reliable.
[0029]
The spherical lens 3 is made of a translucent member such as glass or sapphire, and as shown in FIG. 2, a cross section formed at a portion between the mounting portion 1b and the mounting portion 1c on the upper main surface of the base 1. A low-melting glass (melting point: 350 to 550 ° C.), a brazing material, a resin adhesive, or another adhesive is attached to the entire periphery of the opening of the lens mounting portion 1d formed of a circular concave portion. The material and size of the spherical lens 3 are appropriately selected according to the spot diameter of the optical signal, the focal length, and the like.
[0030]
The spherical lens 3 is attached to the opening of the lens mounting portion 1d as follows. First, a low-melting glass is previously attached in the form of a ring near the opening of the lens mounting portion 1d, and the spherical lens 3 is placed thereon. Thereafter, the spherical lens 3 is attached by applying heat to melt the low-melting glass. Alternatively, a metal film is formed by sequentially depositing a platinum (Pt) layer or an Au layer on the attachment portion of the spherical lens 3 with, for example, a titanium (Ti) layer or a chromium (Cr) layer as a base. Then, a low-melting-point brazing material such as Au-tin (Sn) brazing or Au-germanium (Ge) brazing is applied in advance to the opening of the lens mounting portion 1d in a ring shape, and the spherical lens 3 is placed thereon. Then, the spherical lens 3 is attached by melting the brazing material. If the spherical lens 3 has a high melting point such as sapphire, it may be attached using Ag wax or the like.
[0031]
The lens mounting portion 1d is formed of a concave portion having a circular cross section, and has a columnar shape (FIG. 1), a spherical shape, an inverted conical shape, or the like.
[0032]
When the lens mounting portion 1d has a cylindrical shape, it is preferable that when the diameter of the spherical lens 3 is a1 and the diameter of the lens mounting portion 1d is a2, 0.5 × a1 ≦ a2 ≦ 0.85 × a1. With this configuration, the attachment strength between the spherical lens 3 and the lens mounting portion 1d can be strengthened, and the ratio of the portion that enters the inside of the lens mounting portion 1d of the spherical lens 3 and prevents light transmission is minimized. And the occurrence of optical signal loss can be more effectively suppressed. If a2 <0.5 × a1, the outer peripheral length of the opening of the lens mounting portion 1d becomes short, and the attachment strength between the spherical lens 3 and the lens mounting portion 1d tends to be small. If a2> 0.85 × a1, the ratio of the portion of the spherical lens 3 that enters the inside of the lens mounting portion 1d increases, and the loss of the optical signal transmitted through the spherical lens 3 tends to increase.
[0033]
When the lens mounting portion 1d has a cylindrical shape, the depth of the lens mounting portion 1d is equal to or greater than the depth at which the spherical lens 3 contacts the bottom surface when the spherical lens 3 is mounted on the opening of the lens mounting portion 1d. With this configuration, the spherical lens 3 can be accurately fixed by fitting the spherical lens 3 into the opening of the lens mounting portion 1d. Further, the volume of the bonding material between the inner surface of the lens mounting portion 1d and the spherical lens 3 increases, and the stress generated by the difference in thermal expansion between the spherical lens 3 and the base 1 can be effectively absorbed by the bonding material. .
[0034]
When the lens mounting portion 1 d is spherical, the radius of curvature is equal to or smaller than the radius of curvature of the spherical lens 3. When the radius of curvature of the lens mounting portion 1d is the same as the radius of curvature of the spherical lens 3, the spherical lens 3 can be mounted on the entire inner surface of the lens mounting portion 1d, and the mounting strength becomes stronger. When the radius of curvature of the lens mounting portion 1d is smaller than the radius of curvature of the spherical lens 3, the volume of the bonding material between the inner surface of the lens mounting portion 1d and the spherical lens 3 increases, and the spherical lens 3 and the base 1 Can be effectively absorbed by the bonding material.
[0035]
When the lens mounting portion 1d has an inverted conical shape, a large volume of the bonding material can be stored under the spherical lens 3, and the stress generated due to the difference in thermal expansion between the spherical lens 3 and the base 1 can be reduced. Can be absorbed more effectively.
[0036]
Next, the package of the second invention will be described in detail below. FIG. 4 is a sectional view showing an example of the embodiment of the package of the present invention, and FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of the package of the present invention.
[0037]
4 and 5, reference numeral 1 denotes a base, 1b denotes a mounting portion of the optical fiber 5, 1c denotes a mounting portion, 2 denotes an optical semiconductor element, 3 denotes a spherical lens, 4 denotes a lid, and 6 denotes an annular member. The base 1 and the lid 4 constitute a container for housing the optical semiconductor element 2 inside.
[0038]
The package according to the present invention includes a substrate 1 made of a dielectric having a mounting portion 1c formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting the optical semiconductor element 2 on the bottom surface of a concave portion 1a formed on the upper main surface; An optical fiber attachment portion 1b formed of a through hole formed in a side wall portion of the base 1; and the base 1 is provided with an annular member at a position between the attachment portion 1b and the mounting portion 1c on the upper main surface. 6, a spherical lens 3 having a diameter larger than that of the opening is attached to the opening of the annular member 6.
The base 1 has a mounting portion 1c formed of a convex portion integrated with alumina (Al). 2 O 3 ) -Based ceramics, aluminum nitride (AlN) -based ceramics, mullite (3Al 2 O 3 ・ 2SiO 2 ) It is made of a dielectric such as ceramics. Further, a conductor layer such as a metallized layer or a metal terminal for driving the optical semiconductor element 2 housed therein by taking in a drive signal from the outside, or for taking out an electric signal output from the optical semiconductor element 2 to the outside. (Not shown) is provided.
[0039]
Such a base 1 is formed by punching a ceramic green sheet with a mold or the like, and conducting inside and outside of the base 1 to input a drive signal to the optical semiconductor element 2 or to output an electric signal output from the optical semiconductor element 2. A metal paste obtained by adding and mixing an appropriate organic binder, a plasticizer, a solvent, and the like to a high melting point metal powder such as W or Mo serving as a conductor layer for taking out the ceramic green sheet, and applying these ceramic green sheets Are produced by stacking and firing.
[0040]
The base 1 may be made of a resin, such as a transfer molding method using an epoxy-based thermosetting resin, or an injection molding method using a thermoplastic resin such as polyphenylene sulfide (PPS) or liquid crystal polymer (LCP). It is produced by a method or the like. In this case, iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt () for inputting a drive signal to the optical semiconductor element 2 and extracting an electric signal output from the optical semiconductor element 2 is provided on the side wall of the base 1. A metal terminal (not shown) such as a Co) alloy or an Fe-Ni alloy is attached.
[0041]
The metal terminal is formed into a predetermined shape by applying a conventionally known metal working method such as a rolling method or a punching method to an ingot made of, for example, an Fe—Ni—Co alloy. The terminal is preferably coated with a metal such as Ni or gold (Au) having good conductivity and excellent corrosion resistance to a predetermined thickness (about 1 to 20 μm) by a plating method on the exposed surface. Can be effectively prevented, and the connection between the terminal and an electrical connection means such as a bonding wire can be made highly reliable.
[0042]
The annular member 6 is made of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy, and as shown in FIG. 4, a brazing material or the like is provided at a portion between the mounting portion 1 b and the mounting portion 1 c on the upper main surface of the base 1. It is joined via an adhesive such as a resin adhesive.
[0043]
The spherical lens 3 is made of a translucent member such as glass or sapphire, and as shown in FIG. 4, an annular member formed at a portion between the mounting portion 1b and the mounting portion 1c on the upper main surface of the base 1. 6 is attached over the entire circumference via an adhesive such as low-melting glass (melting point: 350 to 550 ° C.), brazing material, resin adhesive, or the like. The material and size of the spherical lens 3 are appropriately selected according to the spot diameter of the optical signal, the focal length, and the like.
[0044]
The spherical lens 3 is attached to the opening of the annular member 6 as follows. First, a low-melting glass is attached in a ring shape in the vicinity of the opening of the annular member 6 in advance, and the spherical lens 3 is placed thereon. Thereafter, the spherical lens 3 is attached by applying heat to melt the low-melting glass. Alternatively, a metal film is formed by sequentially depositing a platinum (Pt) layer or an Au layer on a portion where the spherical lens 3 is attached, for example, using a titanium (Ti) layer or a chromium (Cr) layer as a base. Then, a low-melting-point brazing material such as Au-tin (Sn) brazing or Au-germanium (Ge) brazing is applied in advance to the opening of the annular member 6 in a ring shape, and the spherical lens 3 is placed thereon. The spherical lens 3 is attached by melting the brazing material. If the spherical lens 3 has a high melting point such as sapphire, it may be attached using Ag wax or the like.
[0045]
The size of the annular member 6 is preferably 0.5 × a1 ≦ a3 ≦ 0.85 × a1, where the diameter of the spherical lens 3 is a1 and the diameter of the opening of the annular member 6 is a3. With this configuration, the attachment strength between the spherical lens 3 and the annular member 6 can be strengthened, and the ratio of the part that enters the inside of the annular member 6 of the spherical lens 3 and hinders light transmission is minimized. In addition, it is possible to more effectively suppress the occurrence of optical signal loss. If a3 <0.5 × a1, the outer peripheral length of the opening of the annular member 6 becomes short, and the attachment strength between the spherical lens 3 and the annular member 6 tends to be small. If a3> 0.85 × a1, the ratio of the portion of the spherical lens 3 entering the inside of the annular member 6 increases, and the loss of the optical signal transmitted through the spherical lens 3 tends to increase.
[0046]
Further, the annular member 6 may be a plate-like member having a through hole having a circular cross-sectional shape, and the outer shape may be various shapes such as a circular shape and a square shape. The height of the annular member 6 is equal to or greater than the height at which the spherical lens 3 contacts the bottom surface when the spherical lens 3 is attached to the opening of the annular member 6. With this configuration, the spherical lens 3 can be accurately fixed by fitting the spherical lens 3 into the opening of the annular member 6. Further, the volume of the joining material between the inner surface of the annular member 6 and the spherical lens 3 increases, and the stress caused by the difference in thermal expansion between the spherical lens 3 and the base 1 can be effectively absorbed by the joining material.
[0047]
Further, the annular member 6 is chamfered in a shape such as a straight line, a curved surface which is convex upward, and a curved surface whose central portion is depressed, over the entire periphery of the opening where the spherical lens 3 is attached. Good. Thereby, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in the spherical lens 3 due to the concentration of thermal stress at the corners of the opening of the annular member 6.
[0048]
Also, the annular member 6 need not be completely annular, and preferably has one or more cuts vertically on the side. Thereby, when thermal stress is applied to the annular member 6, the annular member 6 can move moderately, so that the stress can be alleviated. As a result, cracks occur in the spherical lens 3 or the spherical lens 3 The displacement can be effectively suppressed.
[0049]
The optical semiconductor device of the present invention includes the package of the present invention, an optical fiber 5 having one end inserted into the mounting portion 1b and fixed with an adhesive or brazing material, and mounted on the mounting portion 1c with an adhesive or the like. An optical semiconductor element 2 fixed and optically coupled to an optical fiber 5 via a spherical lens 3; and a metal attached to a top surface of a side wall of the base 1 with a sealing material made of a resin adhesive or the like. And a lid 4 made of ceramic, resin, or the like.
[0050]
The optical fiber 5 may be provided with a fixing member such as a ferrule for fixing the optical fiber 5 at one end thereof, and attached to the mounting portion 1b via the fixing member.
[0051]
In the optical semiconductor device of the present invention, an optical signal is emitted from the optical semiconductor element 2 inside the base 1, and the optical signal is condensed by the spherical lens 3 mounted and fixed on the lens mounting portion 1d and installed on the mounting portion 1b. An optical signal transmitted to the fixed optical fiber 5 and output to the outside via the optical fiber 5 or an optical signal transmitted through the optical fiber 5 is fixed on the lens mounting portion 1d. The optical semiconductor device 2 functions as an optical semiconductor device used in the field of high-speed optical communication by causing the optical semiconductor device 2 to output an electric signal corresponding to the received optical signal.
[0052]
Thus, in the package of the present invention, the mounting portion 1c and the lens mounting portion 1d formed of the convex portion are integrally molded with the base 1, so that the convex portion 1c and the base 1 are formed even when the optical semiconductor element 2 generates heat during operation. Since the protrusions 1c are made of the same material, the protrusion 1c does not warp due to a difference in thermal expansion from the base 1, and as a result, the optical coupling efficiency between the optical fiber 5 and the optical semiconductor element 2 can be favorably maintained. Alternatively, the spherical lens 3 by joining the annular members 6 can be firmly fixed at an accurate position on the base 1, and the optical coupling efficiency between the optical fiber 5 and the optical semiconductor element 2 can be maintained well.
[0053]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
[0054]
【The invention's effect】
An optical semiconductor element housing package of the present invention includes a base body made of a dielectric having a mounting portion formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting an optical semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper main surface; An optical fiber mounting portion comprising a through hole formed in a side wall portion of the base; and the base has a circular cross-sectional shape at a portion between the mounting portion and the mounting portion on the upper main surface. Is formed, and a spherical lens having a diameter larger than this opening is attached to the opening of the lens attaching portion, so that the mounting portion and the base are integrated. Therefore, warping does not occur in the mounting portion or the base body due to the difference in thermal expansion, and the positioning accuracy of the mounting portion is maintained even when the optical semiconductor element generates heat during operation, and as a result, Maintain good optical coupling efficiency between optical fiber and optical semiconductor device It is possible.
[0055]
In addition, since the opening of the lens mounting portion formed on the upper main surface of the base can support the spherical lens over the entire circumference, when the spherical lens is attached to the lens mounting portion, the spherical lens is prevented from shifting, The spherical lens can be fixed with high positional accuracy. Further, since the mounting area between the spherical lens and the lens mounting portion can be increased, the mounting strength between the spherical lens and the lens mounting portion increases, and the mounting portion does not peel off, and the spherical lens can be used as a lens. It can be securely mounted and fixed to the mounting portion for a long time. As a result, the optical coupling between the optical semiconductor element and the spherical lens can be improved, and the transmission efficiency of the optical signal between the optical fiber and the optical semiconductor element can be improved.
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An optical semiconductor element housing package of the present invention includes a base body made of a dielectric having a mounting portion formed of a rectangular parallelepiped convex portion for mounting an optical semiconductor element on a bottom surface of a concave portion formed on an upper main surface; An optical fiber mounting portion comprising a through hole formed in a side wall portion of the base; an annular member is joined to the base at a portion between the mounting portion and the mounting portion on the upper main surface; Since a spherical lens having a diameter larger than the opening is attached to the opening of the annular member, the mounting portion and the base are integrated with each other. There is no warping of the mounting part or the base, and the positional accuracy of the mounting part is maintained even if the optical semiconductor element generates heat during operation, and as a result, the optical coupling efficiency between the optical fiber and the optical semiconductor element is improved. It can be maintained well.
[0057]
In addition, since the opening of the annular member joined to the upper main surface of the base can be in contact with and support the spherical lens over the entire circumference, when the spherical lens is attached to the annular member, the spherical lens is effectively prevented from shifting. In addition, the spherical lens can be fixed with high positional accuracy. Furthermore, since the attachment portion between the spherical lens and the annular member can be enlarged, the attachment strength between the spherical lens and the annular member increases, and the attachment portion does not peel off, and the spherical lens is attached to the annular member. It can be securely mounted and fixed for a long time. As a result, the optical coupling between the optical semiconductor element and the spherical lens can be improved, and the transmission efficiency of the optical signal between the optical fiber and the optical semiconductor element can be improved.
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Furthermore, even if the base is distorted, since the stress caused by the distortion can be absorbed by the annular member, it is possible to effectively suppress the occurrence of cracks in the spherical lens due to the stress.
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The optical semiconductor device of the present invention includes the above-described optical semiconductor element housing package of the present invention, an optical fiber having one end portion inserted through the mounting portion and fixed, and a fixed and mounted spherical member through the mounting portion. By providing an optical semiconductor device optically coupled to an optical fiber and a lid attached to the upper surface of the side wall, an optical signal using the optical semiconductor device housing package of the present invention is provided. It has excellent transmission efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of an embodiment of an optical semiconductor element housing package of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of the package for housing an optical semiconductor element of FIG. 1;
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a conventional package for housing an optical semiconductor element.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an optical semiconductor element housing package according to another invention of the present invention.
5 is an enlarged sectional view of a main part of the package for housing an optical semiconductor element of FIG. 4;
[Explanation of symbols]
1: Substrate
1a: recess
1b: mounting part
1c: receiver
1d: lens mounting part
2: Optical semiconductor device
3: Spherical lens
4: Lid
5: Optical fiber
6: annular member
