JP2005332947A - 光素子用窓部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 光素子用窓部品における加工性の極度な悪化を招くことなく、その包囲体に対する窓ガラスの接着強度を効率良く高めると共に、包囲体ひいては光素子部品の小型化の推進に役立つようにする。
【解決手段】 外輪郭形状が正八角形またはそれよりも辺の数が多い正多角形の窓ガラス１０を備えると共に、この窓ガラス１０の中央部に光透過用の窓部１１を有し且つその周囲の表面に金属膜１２を形成する。好ましくは、窓ガラス１０の中央部の窓部１１が円形を呈していると共に、窓ガラス１０の外輪郭に外接する円の直径をＬ₁とし、円形の窓部１１の直径をＬ₂とした場合に、この両者の比率Ｌ₂／Ｌ₁が、０．１〜０．９となるようにする。また、窓ガラス１０の中央部からその周囲に亘る領域の表裏両面に、反射防止膜１３を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光素子用窓部品に係り、更に詳しくは、光素子を収納するパッケージ等からなる包囲体の壁部に形成された光透過用孔を覆った状態で半田付けされる光素子用窓部品に関する。

周知のように、光通信或いは光学系システム等に使用される光半導体モジュール等の光素子部品は、パッケージ等からなる包囲体の内部に、半導体レーザダイオードやフォトダイオードなどの光素子を収納してなる。この光素子は、包囲体の壁部を介して外部との間で光信号を送受信する必要があるため、その包囲体の壁部には、光透過用孔が形成されると共に、この光透過用孔は、その内側と外側との間で光信号のやり取りを可能とする窓ガラスを備えた光素子用窓部品によって覆われる。この場合、包囲体は、光素子部品の高信頼性や高耐久性を確保することを目的として、その内部空間が密封状態（例えば真空状態）とされる。

従って、上記の光素子用窓部品は、包囲体の壁部に形成された光透過用孔を気密状態に封止できることが要求される。このような要請に応じるべく、下記の特許文献１、２には、窓ガラス板の中央部を円形の光透過用の窓部とし且つその周囲に金属膜を形成してなる光素子用窓部品を、包囲体の壁部における光透過用孔の周縁に半田を介して接着する技術が開示されている。詳述すると、この光素子用窓部品は、窓ガラス板の表面の中央部周囲に形成した金属膜と、パッケージ等の包囲体の光透過用孔周縁における金属製の当接面とを、金属半田を使用して気密状態に接着することにより、光透過用孔を塞ぐように構成されている。

この場合、既述の特許文献１、２にそれぞれ開示された光素子用窓部品は、いずれも、窓ガラス板の外輪郭形状が正六角形（ほぼ正六角形を含む）を呈しており、且つその中央部における光透過用の窓部は円形を呈している。尚、特許文献２の発明の詳細な説明の欄における段落［０００８］には、板状体（窓ガラス板）の形状としては、パッケージの窓孔部（光透過用孔）の形状により角形、丸形、多角形などがあるが、製作面から六角形の形状であることが好ましいという旨の記載がなされている。

特許第２９９３４７２号公報 特開平１０−１１２５６８号公報

ところで、上記の特許文献１、２に主たる構成として開示されているように、光素子用窓部品の窓ガラス板の外輪郭形状が正六角形であると、その外接円の面積から当該窓ガラス板の面積を差し引いた残余面積が比較的大きくなるため、包囲体の壁部に対する窓ガラス板の接着面積を充分に大きく取ることが困難になる。そして、これに起因して、窓ガラス板の接着強度が低下し、包囲体の内部空間の気密性が阻害される等の不具合を招く。

特に、光半導体モジュール等の光素子部品の適切な小型化を図るには、窓ガラス板の外接円を小さくすることによりその配設スペースをできる限り狭くした上で、包囲体の壁部に対する窓ガラス板の接触面積を充分に確保することが好ましい。しかしながら、上記のように窓ガラス板の外輪郭形状が正六角形であると、既に述べた理由により、そのような要請に逆行することになり、近年における光素子部品の小型化に寄与することが困難になる。

一方、光素子用窓部品の製作に際しては、大板のガラス基板の多数箇所に、円形の窓部及びその周囲を取り囲む金属膜を形成した後、それぞれが正六角形の窓ガラス板を有するように、切断して分離させることが行なわれる。この分離作業は、窓ガラス板が正六角形である場合には、計三回の切断加工の実行により行なうことができる。従って、例えば窓ガラス板が四角形である場合には、計二回の切断加工を実行するだけで済むことになり、上記のように窓ガラス板が正六角形の場合よりも優れた加工性を得ることができる。これに対して、例えば窓ガラス板が丸形である場合には、無限に近い回数に亘って切断加工を実行せねばならなくなり、従来の作業手法では加工が極めて困難或いは不可能となる。

以上の事項を勘案すれば、窓ガラス板の加工として従来の作業手法を採り入れた上で、包囲体に対する接着強度を充分に高めると共に光素子部品の小型化に寄与するという最優先課題を解決するには、窓ガラス板の外輪郭形状をどのようにすれば良いかが問題となる。尚、特許文献２には、既述のように窓ガラス板が多角形でもよい旨の記載がなされているが、この記載に則して仮に窓ガラス板を多角形にするとしても、多角形には無数の種類が存在することから、上記の加工性や接着強度或いは小型化の課題を解決するには、その中からどのような形状を選択すれば良いかが問題となる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光素子用窓部品における加工性の極度な悪化を招くことなく、その包囲体に対する窓ガラスの接着強度を効率良く高めると共に、包囲体ひいては光素子部品の小型化の推進に役立つようにすることを技術的課題とする。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明は、光素子を収納する包囲体の壁部に、該壁部の光透過用孔を覆うように半田付けされる光素子用窓部品において、外輪郭形状が正八角形またはそれよりも辺の数が多い正多角形の窓ガラスを備えると共に、該窓ガラスの中央部に光透過用の窓部を有し且つその周囲の表面に金属膜を形成したことを特徴とするものである。

このような構成によれば、光素子用窓部品の窓ガラスの外輪郭形状が、正八角形またはそれよりも辺の数が多い正多角形とされていることから、例えば従来における正六角形の窓ガラスと比較して、両者の外接円を同一径とした場合には、より広い接着面積、つまり包囲体の壁部の光透過用孔周縁に対する窓ガラスのより広い接着面積を確保できることになる。また、両者の接着面積を同一とした場合には、正六角形の窓ガラスよりも、外接円の径を小さくできることから、その配設スペースを狭小にして、包囲体の小型化ひいては光素子部品の小型化に寄与することも可能となる。しかも、正多角形であることから、丸形、或いは正多角形でない多角形と比較して、加工性が極度に悪化することもない。従って、窓ガラスの外輪郭形状としては、多角形の中でも、適度に良好な加工性を維持した上で優れた接着強度を有し或いは小型化に役立ち得る最適な多角形が選択されていることになる。尚、加工性に着目すれば、窓ガラスの外輪郭形状は、辺の数が偶数の正多角形であることが好ましく、更にこれに代えてまたはこれと共に、正八角形よりも辺の数が多く且つ正十六角形よりも辺の数が少ない正多角形であることがより好ましい。また、窓ガラスは、硼珪酸ガラスもしくは無アルカリガラスであることが好ましい。

上記の構成において、窓ガラスの中央部の窓部が円形を呈していると共に、上記窓ガラスの外輪郭に外接する円の直径をＬ₁とし、上記円形の窓部の直径をＬ₂とした場合に、両者の比率Ｌ₂／Ｌ₁が、０．１〜０．９であることが好ましい。

このようにすれば、窓ガラスの全領域に対する中央部の窓部の占める割合が適切になり、窓部を透過する光量を充分な量とした上で、窓ガラスの中央部の周囲と包囲体の壁部との接着面積ひいては接着強度を充分に確保することが可能となる。すなわち、Ｌ₂／Ｌ₁の値が０．９を超えると、窓ガラスの中央部の周囲に形成されている金属膜と、半田もしくは金属半田（詳しくはＡｕ−Ｓｎ半田）との接触面積が不当に狭くなり、充分な接着強度が得られなくなる。また、Ｌ₂／Ｌ₁の値が０．１未満であると、窓部を透過する光量が不当に少なくなり、光素子部品（例えば光半導体モジュール）の光学的特性に悪影響を及ぼすおそれがある。従って、Ｌ₂／Ｌ₁の値が、上記の数値範囲内にあれば、このような不具合を有効に回避することができる。以上のような観点から、上記の比率Ｌ₂／Ｌ₁は、下限が０．３であり、また上限が０．８であることがより好ましい。

以上の構成において、窓ガラスの中央部からその周囲に亘る領域の表裏両面または何れか一方の面に、反射防止膜を形成すると共に、該反射防止膜の上記周囲の表面に、金属膜を形成することが好ましい。

このようにすれば、窓ガラスでの光の反射が適切に防止されると共に、窓ガラスの表裏両面に反射防止膜を形成した場合には、窓ガラスの表面側における中央部の露出部分のみならず、窓ガラスの裏面側における中央部までもが、反射防止膜によって光の反射防止効果を奏することになり、光学的特性に優れた光素子部品が得られることになる。

上記の構成において、反射防止膜は、２層膜または４層膜からなり、２層膜は、窓ガラスの近傍側（窓ガラスに近い側）から順に、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜とを有し、４層膜は、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜と、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜とを有していることが好ましい。

このようにすれば、窓ガラスの面にタンタル酸化膜（Ｔａ₂Ｏ₅）またはニオブ酸化膜（Ｎｂ₂Ｏ₅）が直接成膜された状態で形成されることから、強いエネルギーを有する光が当該膜に照射された場合であっても、膜構造が破壊されるという不具合は生じ難くなる。即ち、この膜がタンタル酸化膜またはニオブ酸化膜でない場合、例えばチタン膜（ＴｉＯ₂）である場合には、半導体レーザー等から強いエネルギーを有する光を受けることにより、チタン膜の膜構造が破壊されるという事態を招くが、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜である場合には、このような事態が生じ難くなる。そして、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜によって窓ガラスの面が有効に保護された状態で、そのタンタル酸化膜上またはニオブ酸化膜上にシリカ膜（ＳｉＯ₂）が形成されていることになるので、窓ガラスの最外面はシリカ膜によって充分な保護強化がなされ得る。また、上記のタンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜とに加えて、更にその上にタンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜とを形成した場合には、光の反射防止効果がより広い波長範囲に対応することになる。

以上の構成において、金属膜は、窓ガラスの近傍側（窓ガラスに近い側）から順に、クロム膜またはチタン膜からなる第１の膜と、パラジウム膜、白金膜、またはニッケル膜から選択される第２の膜と、金膜からなる第３の膜とを有していることが好ましい。

このようにすれば、ガラスの表面の反射防止膜上に直接成膜される第１の膜であるクロム膜またはチタン膜は、既述の反射防止膜におけるシリカ膜と強く結合する特性を有しており、また第３の膜である金膜は、半田もしくは金属半田（詳しくはＡｕ−Ｓｎ半田）との濡れ性が良く、光素子部品の包囲体の壁部（特に金属製の当接面）に充分な付着強度で気密接着することが可能となる。しかも、上記第１の膜と第３の膜との間には、パラジウム膜、白金膜、またはニッケル膜からなる第２の膜が介在しているので、第３の膜や半田の成分である金原子が第１の膜へ拡散することを防止でき、金属膜と反射防止膜との密着性低下を防止することが可能となる。

以上のように本発明に係る光素子用窓部品によれば、その特徴的構成として、窓ガラスの外輪郭形状を正八角形またはそれよりも辺の数が多い正多角形としたから、従来における正六角形の窓ガラスと比較すれば、両者の外接円を同一径とした場合には、より広い接着面積を確保して包囲体の壁部に対する接着強度を高めることができる。また、上記両者の接着面積を同一とした場合には、正六角形の窓ガラスよりも、外接円の径を小さくできることから、その配設スペースを狭小にして、包囲体の小型化ひいては光素子部品の小型化に寄与することも可能となる。しかも、正多角形であることから、丸形、或いは正多角形でない多角形と比較して、加工性が極度に悪化することもないことから、窓ガラスの外輪郭形状としては、多角形の中でも、適度に良好な加工性を維持した上で優れた接着強度を有し或いは小型化に役立ち得る最適な多角形となる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る光素子用窓部品１が装着されてなる半導体レーザーダイオードモジュール（光素子部品）２の概略構成を示す縦断側面図である。同図に示すように、この光素子部品２は、レーザーチップ（光素子）３を収納するパッケージからなる包囲体４を備え、その内部空間は真空状態とされている。包囲体４の一壁部４ａには、円形の光透過用孔５が形成されると共に、その一壁部４ａの内面には、光透過用孔５を塞ぐ光素子用窓部品１が、金属半田を用いて気密接着されている。そして、この実施形態では、レーザーチップ３から発せられた光が、包囲体４の内部空間に収納された球状レンズ６、上記の光素子用窓部品１、及び包囲体４の外部の光通路に配設された球状レンズ７を介して、フェルール８内の光ファイバ９に送られる構成とされている。

上記光素子用窓部品１は、図２に示すように、外輪郭形状が正八角形の板状体からなる窓ガラス１０を有し、この窓ガラス１０の中央部には、円形をなす光透過用の窓部１１が形成されると共に、この窓部１１の周囲における表面側には、複数層の金属膜１２が形成されている。この場合、窓ガラス１０の外輪郭に外接する外接円の直径をＬ₁とし、円形をなす窓部１１の直径をＬ₂とした場合に、この両者の比率Ｌ₂／Ｌ₁は、０．１〜０．９、好ましくは０．３〜０．８とされている。尚、この実施形態では、上記外接円の直径Ｌ₁が、２．０〜３．５ｍｍ程度とされ、窓部１１の直径Ｌ₂が、０．６〜２．８ｍｍ程度とされている。

上記光素子用窓部品１について詳述すると、図３に示すように、窓ガラス１０の表裏両面（表面のみでもよい）の全域には、反射防止膜１３が形成されている。この反射防止膜１３は、窓ガラス１０の表裏両面にそれぞれ直接成膜されたタンタル酸化膜（Ｔａ₂Ｏ₅）またはニオブ酸化膜（Ｎｂ₂Ｏ₅）と、このタンタル酸化膜上またはニオブ酸化膜上に成膜されたシリカ膜（ＳｉＯ₂）とから構成されている。この場合、必要ならば、シリカ膜上に更にタンタル酸化膜またはニオブ酸化膜を成膜し且つその上にシリカ膜を形成するようにしてもよい。

また、上記の金属膜１２は、光透過性を有する円形の窓部１１の周囲において、反射防止膜１３（シリカ膜）上に形成されたクロム膜（またはチタン膜）からなる第１の膜１２ａと、この第１の膜１２ａ上に形成されたパラジウム膜（または白金膜もしくはニッケル膜）からなる第２の膜１２ｂと、この第２の膜１２ｂ上に形成された金膜からなる第３の膜１２ｃとを有している。尚、膜厚は、反射防止膜１３が０．５μｍ程度、第１の膜１２ａが０．１μｍ程度、第２の膜１２ｂが０．７μｍ程度、第３の膜１２ｃが０．３μｍ程度とされている。

以上のような構成を備えた光素子用窓部品１は、図４に示すように、包囲体４の一壁部４ａの内面（金属面）における光透過用孔５の周縁部に、金属半田を用いて接着されている（金属半田については図示略）。詳述すると、窓ガラス１０の窓部１１の周囲に形成されている金属膜１２が、包囲体４の一壁部４ａの内面に、Ａｕ−Ｓｎ半田を用いて気密接着され、これにより光透過用孔５が光素子用窓部品１によって完全閉鎖された状態となっている。

尚、上記の光素子用窓部品１を製作するに際しては、図５に示すように、一枚の大板のガラス基板１４に対して、相互に独立した複数箇所（多数箇所）に反射防止膜１３及び金属膜１２を形成した後、ガラス基板１４の複数箇所を矢印ａ方向に一挙に、複数箇所を矢印ｂ方向に一挙に、複数箇所を矢印ｃ方向に一挙に、複数箇所を矢印ｄ方向に一挙に、それぞれ切断加工する。これにより、計四回の切断加工を行なうだけで、図２及び図３に示す光素子用窓部品１が多数製作される。

このように、光素子用窓部品１の窓ガラス１０が正八角形であれば、計四回の切断加工を行なうだけで製作できるため、丸形にする場合と比較すれば、加工性が極めて良好となる。また、従来のように窓ガラス１０を正六角形にしていた場合と比較すれば、両者の外接円を同一径とした場合において、包囲体４の一壁部４ａの光透過用孔５周縁に対する窓ガラス１０の接着面積を広くでき、接着強度を効率良く高めることが可能となる。一方、この両者の接着面積を同一とした場合においては、正六角形の窓ガラスよりも、外接円の径を小さくできることから、その配設スペースを狭小にして、包囲体４の小型化ひいては光素子部品２の小型化に寄与することもできる。

尚、上記実施形態は、光素子用窓部品１の窓ガラス１０を正八角形としたが、これよりも辺の数が多い正多角形（好ましくは辺の数が偶数の正多角形）としてもよく、更には正八角形よりも辺の数が多く且つ正十六角形よりも辺の数が少ない正多角形（好ましくは辺の数が偶数の正多角形）としてもよい。

また、上記実施形態は、半導体レーザーダイオードモジュールに装着される光素子用窓部品１に本発明を適用したが、これ以外の光半導体モジュールその他の光素子部品についても、同様に本発明を適用することが可能である。

本発明の実施形態に係る光素子用窓部品が装着された光素子部品を示す概略縦断面図である。 本発明の実施形態に係る光素子用窓部品を示す平面図である。 本発明の実施形態に係る光素子用窓部品を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る光素子用窓部品が光素子部品に装着された状態を示す要部拡大概略横断面図である。 本発明の実施形態に係る光素子用窓部品の製作途中の状態を示す平面図である。

符号の説明

１ 光素子用窓部品
２ 光素子部品（半導体レーザーダイオードモジュール）
３ 光素子（レーザーチップ）
４ 包囲体（パッケージ）
４ａ 壁部
５ 光透過用孔
１０ 窓ガラス
１１ 窓部
１２ 金属膜
１２ａ 第１の膜
１２ｂ 第２の膜
１２ｃ 第３の膜
１３ 反射防止膜
１４ ガラス基板

Claims (5)

1. 光素子を収納する包囲体の壁部に、該壁部の光透過用孔を覆うように半田付けされる光素子用窓部品において、
   外輪郭形状が正八角形またはそれよりも辺の数が多い正多角形の窓ガラスを備えると共に、該窓ガラスの中央部に光透過用の窓部を有し且つその周囲の表面に金属膜を形成したことを特徴とする光素子用窓部品。
2. 上記窓ガラスの中央部の窓部が円形を呈していると共に、上記窓ガラスの外輪郭に外接する円の直径をＬ₁とし、上記円形の窓部の直径をＬ₂とした場合に、両者の比率Ｌ₂／Ｌ₁が、０．１〜０．９であることを特徴とする請求項１に記載の光素子用窓部品。
3. 上記窓ガラスの中央部からその周囲に亘る領域の表裏両面または何れか一方の面に、反射防止膜を形成すると共に、該反射防止膜の上記周囲の表面に、上記金属膜を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の光素子用窓部品。
4. 上記反射防止膜は、２層膜または４層膜からなり、２層膜は、窓ガラスの近傍側から順に、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜とを有し、４層膜は、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜と、タンタル酸化膜またはニオブ酸化膜と、シリカ膜とを有していることを特徴とする請求項３に記載の光素子用窓部品。
5. 上記金属膜は、窓ガラスの近傍側から順に、クロム膜またはチタン膜からなる第１の膜と、パラジウム膜、白金膜、またはニッケル膜から選択される第２の膜と、金膜からなる第３の膜とを有していることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の光素子用窓部品。