JP3285766B2 - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

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に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、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は、一般に鉄ーニッケルー
コバルト合金や銅ータングステン合金等の金属から成
り、上面中央部に光半導体素子が載置される載置部を有
し、該載置部周辺に複数の外部リード端子が絶縁部材を
介し上面から下面に貫通するようにして固定された金属
基体と、前記光半導体素子搭載部を囲繞するようにして
金属基体上に銀ロウ等のロウ材を介して接合され、側部
に貫通孔を有する金属枠体と、前記金属枠体の貫通孔に
取着され、内側に光半導体素子と外部との光信号の授受
を行う光ファイバーが挿着される鉄ーニッケルーコバル
ト合金等の金属から成る筒状の固定部材と、前記固定部
材の一端に取着され、筒状固定部材の内側を塞ぐサファ
イアから成る透光性部材と、前記金属枠体の上面に接合
され、光半導体素子を気密に封止する蓋部材とから構成
されており、前記絶縁基体の光半導体素子搭載部に光半
導体素子を接着固定するとともに該光半導体素子の各電
極をボンディングワイヤを介して外部リード端子に電気
的に接続し、しかる後、前記金属枠体の上面に蓋部材を
接合させ、金属基体と金属枠体と蓋部材とから成る容器
内部に光半導体素子を気密に収容するとともに筒状固定
部材の内部に光ファイバーを挿着させることによって製
品としての光半導体装置となる。

【０００３】かかる光半導体装置は外部電気回路から供
給される駆動信号によって光半導体素子に光励起させ、
該励起した光をサファイアから成る透光性部材を通して
光ファイバーに授受させるとともに該光ファイバー内を
伝達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。

【０００４】尚、前記透光性部材の筒状固定部材への取
着は透光性部材を構成するサファイアに従来周知のＭｏ
ーＭｎ法によりモリブデンーマンガン（ＭｏーＭｎ）か
ら成るメタライズ層を約１５００℃の温度で焼き付け、
しかる後、このメタライズ層と筒状固定部材とを金ー錫
合金等から成るロウ材を介しロウ付けすることによって
行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光半導体素子収納用パッケージにおいては、光半導
体素子の励起する光を透光性部材を通して光ファイバー
に授受させる場合、透光性部材を形成するサファイアの
結晶軸に関連して光半導体素子の励起した光が透光性部
材で複屈折を起こし、光の一部のみが光ファイバーに授
受されることになって光ファイバーへの光の授受の効率
が悪くなるとともに光信号の伝送効率が悪化するという
欠点を有していた。

【０００６】そこで上記欠点を解消するために透光性部
材をサファイアに変えて結晶軸をもたない非晶質のガラ
スで形成することが考えられる。

【０００７】しかしながら、透光性部材を非晶質のガラ
スで形成した場合、非晶質のガラスは一般に機械的強度
が弱いこと及び透光性部材が枠体の内壁面とほぼ同じ位
置に配されていること等から透光性部材を枠体に取着し
た固定部材にロウ付け等によって接合させる際、透光性
部材と枠体との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して
大きな応力が発生するとともにこれがそのまま透光性部
材に作用し、その結果、透光性部材に前記応力によって
クラックや割れ等の破損が生じ、容器の気密封止が透光
性部材の領域において破れ、容器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
とができないという欠点を有していた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記欠点に鑑み
案出されたもので、その目的は非晶質ガラスから成る透
光性部材を固定部材に破損することなく強固に接合さ
せ、容器の気密封止を完全として容器内部に収容する光
半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させ
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
ることにある。

【０００９】本発明は、上面に光半導体素子が載置され
る載置部を有する基体と、前記基体上で光半導体素子載
置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔を有する
枠体と、前記枠体の貫通孔に取着され、内部に光ファイ
バーが挿着される筒状の固定部材と、前記固定部材の一
端に取着される透光性部材と、前記枠体の上面に取着さ
れ、光半導体素子を気密に封止する蓋部材とから成る光
半導体素子収納用パッケージであって、前記透光性部材
は非晶質ガラスで形成されているとともに固定部材の一
端が枠体の内壁面より２ｍｍ以上突出しており、且つ前
記透光性部材が枠体の内壁面より２ｍｍ以上離れるよう
にして固定部材に取着されていることを特徴とするもの
である。

【００１０】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、透光性部材を結晶軸を持たない非晶質ガラスで
形成したことから光半導体素子が励起した光を透光性部
材を通して光ファイバーに伝達させる場合、光半導体素
子の励起した光は透光性部材で複屈折を起こすことはな
くそのまま光ファイバーに授受され、これによって光信
号の伝送効率が高いものとなる。

【００１１】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、固定部材の一端を枠体の内壁面より２ｍｍ
以上突出させ、非晶質ガラスから成る透光性部材を枠体
の内壁面より２ｍｍ以上離れるようにして固定部材に取
着させたことから透光性部材を枠体に取着した固定部材
にロウ付け等によって接合させる際、透光性部材と枠体
との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して応力が発生
しようとしても両者間の距離が長いことから大きな応力
が発生することはなく、その結果、透光性部材にクラッ
クや割れ等の破損が発生するのが有効に防止され、容器
の気密封止を完全として容器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。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１及び図２は本発明の半導体素子収
納用パッケージの一実施例を示し、１は基体、２は枠
体、３は蓋部材である。この基体１と枠体２と蓋部材３
とで内部に光半導体素子４を収容するための容器が構成
される。

【００１３】前記基体１は光半導体素子４を支持するた
めの支持部材として作用し、その上面の略中央部に光半
導体素子４を載置するための載置部１ａを有し、該載置
部１ａに光半導体素子４が間にペルチェ素子５等を挟ん
で金ーシリコンロウ材等の接着剤により接着固定され
る。

【００１４】前記基体１は鉄ーニッケルーコバルト合金
や銅ータングステン合金等の金属材料から成り、例え
ば、鉄ーニッケルーコバルト合金から成る場合、鉄ーニ
ッケルーコバルト合金のインゴット（塊）に圧延加工法
や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すこと
によって製作される。

【００１５】尚、前記基体１はその外表面に耐蝕性に優
れ、且つロウ材に対し濡れ性が良い金属、具体的には厚
さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金層
を順次、メッキ法により被着させておくと、基体１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基
体１上面に光半導体素子４の下部に配されるペルチェ素
子５等を強固に接着固定させることができる。従って、
前記基体１は酸化腐食を有効に防止し、且つ上面に光半
導体素子４の下部に配されるペルチェ素子５等を強固に
接着固定させる場合にはその外表面に厚さ２〜６μｍの
ニッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金層を順次、メッキ
法により被着させておくことが好ましい。

【００１６】また前記基体１は光半導体素子４が載置さ
れる載置部１ａの周辺に該基体１を貫通する複数個の外
部リード端子６がガラス等の絶縁部材７を介して固定さ
れている。

【００１７】前記外部リード端子６は光半導体素子４の
各電極を外部の電気回路に電気的に接続する作用をな
し、その一端に光半導体素子４の電極がボンディングワ
イヤ８を介して接続され、また他端側は外部電気回路に
半田等のロウ材を介して接続される。

【００１８】尚、前記外部リード端子６は鉄ーニッケル
ーコバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成
り、基体１への固定は、基体１に外部リード端子６より
若干大きな径の孔をあけておき、この孔にリング状のガ
ラスから成る絶縁部材７と外部リード端子６を挿通さ
せ、しかる後、前記ガラスから成る絶縁部材７を加熱溶
融させることによって行われる。

【００１９】また前記外部リード端子６はその表面にニ
ッケルメッキ層、金メッキ層等の耐蝕性に優れ、且つロ
ウ材と濡れ性の良いメッキ金属層を１．０μｍ乃至２０
μｍの厚みに被着させておくと外部リード端子６の酸化
腐食が有効に防止されるとともに外部リード端子６とボ
ンディングワイヤ８との接続を強固なものとなすことが
できる。従って、前記外部リード端子６はその表面にニ
ッケルメッキ層、金メッキ層等の耐蝕性に優れ、且つロ
ウ材と濡れ性が良いメッキ金属層を１．０μｍ乃至２０
μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２０】更に前記基体１の上面には、光半導体素子
４が載置される載置部１ａを囲繞するようにして枠体２
が接合されており、該枠体２の内側に光半導体素子４を
収容するための空所が形成されている。

【００２１】前記枠体２は鉄ーニッケルーコバルト合金
や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、鉄
ーニッケルーコバルト合金等のインゴット（塊）をプレ
ス加工により枠状とすることによって形成され、基体１
への取着は基体１上面と枠体２の下面とを銀ロウ材を介
しロウ付けすることによって行われている。

【００２２】前記枠体２はまたその側部に貫通孔２ａが
設けてあり、該貫通孔２ａには筒状の固定部材９が取着
され、更に固定部材９の一端には透光性部材１１が接合
されている。

【００２３】前記筒状の固定部材９はその内側空所に光
ファイバー１０が光半導体素子４と対向するようにして
挿着され、光ファイバー１０と光半導体素子４の間で光
信号の授受を行い得るようになっている。

【００２４】尚、前記筒状の固定部材９は例えば、鉄ー
ニッケルーコバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材
料から成り、枠体２の側部に設けた貫通孔２ａに挿入さ
せ、外表面の一部を枠体２に銀ロウ等のロウ材を介し接
合させることによって枠体２に取着される。

【００２５】また前記固定部材９はその一端が図２に示
すように枠体２の内壁面より２ｍｍ以上突出しており、
且つ該一端に後述する非晶質ガラスから成る透光性部材
１１が枠体２の内壁面との距離ｔを２ｍｍ以上として取
着されている。

【００２６】前記固定部材９の一端、即ち、枠体２の内
側に位置する部位に取着される透光性部材１１は固定部
材９の内側空所を塞ぎ、容器の気密封止を保持するとと
もに容器内部に収容された光半導体素子４の励起する光
を透過させて光ファイバー１０に授受させる作用をな
す。

【００２７】前記透光性部材１１は例えば、酸化珪素、
酸化鉛を主成分とした鉛系の非晶質ガラスで形成されて
おり、該非晶質ガラスは結晶軸が存在しないことから光
半導体素子４の励起する光を透光性部材１１を通過させ
て光ファイバー１０に授受させる場合、光半導体素子４
の励起した光は透光性部材１１で複屈折を起こすことは
なくそのまま光ファイバー１０に授受されることとな
り、その結果、光半導体素子４が励起した光の光ファイ
バー１０への授受が高効率となって光信号の伝送効率を
高いものとなすことができる。

【００２８】更に前記透光性部材１１の固定部材９への
取着接合は透光性部材１１の一主面外周部に予めメタラ
イズ層１２を被着させておき、該メタライズ層１２と固
定部材９とを金ー錫合金等のロウ材を介しロウ付けする
ことによって行われる。この場合、透光性部材１１の固
定部材９への取着接合が金ー錫合金等によるロウ付けに
より行われることから取着接合の信頼性が高いものとな
り、これによって固定部材９と透光性部材１１との接合
部における光半導体素子４を収容する容器の気密封止が
完全となり、容器内部に収容する光半導体素子４を長期
間にわたり正常、且つ安定に作動させることができる。
また同時に透光性部材１１を固定部材９の一端にロウ付
けする際、透光性部材１１と枠体２との間に両者の熱膨
張係数の相違に起因して応力が発生しようとしても両者
間の距離は２ｍｍ以上であり、長いことから大きな応力
が発生することはなく、その結果、透光性部材１１にク
ラックや割れ等の破損が発生するのが有効に防止され、
容器の気密封止を完全として容器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。

【００２９】尚、前記透光性部材１１の固定部材９への
取着位置が枠体２の内壁面より２ｍｍ未満の位置である
と透光性部材１１を固定部材９の一端にロウ付けする
際、透光性部材１１と枠体２との間に両者の熱膨張係数
の相違に起因して応力が発生し、これが透光性部材１１
に作用して透光性部材１１にクラックや割れ等の破損を
発生させてしまう。従って、前記透光性部材１１の固定
部材９への取着位置は枠体２の内壁面より２ｍｍ以上の
位置に特定される。

【００３０】また前記透光性部材１１の一主面外周部に
予め被着されているメタライズ層１２は透光性部材１１
を構成する非晶質ガラスの融点が約７００℃と低く、従
来周知のＭｏーＭｎ法でモリブデンーマンガンを焼き付
けることによって形成することができないことから非晶
質ガラスに対して活性があり、強固に接合するチタン、
チタンータングステン、窒化タンタルの少なくとも１種
から成る第１層１２ａと、この第１層１２ａが透光性部
材１１を固定部材９にロウ付けする際の熱によって後述
する第３層１２ｃに拡散し、メタライズ層１２の透光性
部材１１に対する接合強度が低下するのを有効に防止す
る白金、ニッケル、ニッケルークロムの少なくとも１種
から成る第２層１２ｂと、メタライズ層１２に対するロ
ウ材の濡れ性を改善し、メタライズ層１２にロウ材を強
固に接合させて透光性部材１１を固定部材９に強固に取
着させる金、白金、銅の少なくとも１種から成る第３層
１２ｃとを順次、積層させることによって形成されてお
り、特にチタンー白金ー金を順次積層させて形成したメ
タライズ層１２は透光性部材１１との接合強度が強く、
且つロウ材との濡れ性が良好で透光性部材１１を固定部
材９にロウ付けすることが可能なことからメタライズ層
１２として極めて好適である。

【００３１】更に前記チタン、チタンータングステン、
窒化タンタルの少なくとも１種から成る第１層１２ａ
と、白金、ニッケル、ニッケルークロムの少なくとも１
種から成る第２層１２ｂと、金、白金、銅の少なくとも
１種から成る第３層１２ｃとの３層構造を有するメタラ
イズ層１２はその各々の金属材料、窒化物を透光性部材
１１の一主面外周部にスパッタリング法や蒸着法、イオ
ンプレーティング法、メッキ層等により順次、所定厚み
に被着させることによって形成される。

【００３２】また更に前記メタライズ層１２をチタン、
チタンータングステン、窒化タンタルの少なくとも１種
から成る第１層１２ａと、白金、ニッケル、ニッケルー
クロムの少なくとも１種から成る第２層１２ｂと、金、
白金、銅の少なくとも１種から成る第３層１２ｃとで形
成する場合、第１層１２ａの層厚は５００オングストロ
ーム未満となるとメタライズ層１２の透光性部材１１に
対する接合強度が弱くなる傾向にあり、また２０００オ
ングストロームを越えると透光性部材１１に第１層１２
ａを被着させる際に第１層１２ａ中に大きな応力が内在
し、該内在応力によって第１層１２ａが透光性部材１１
より剥離し易くなる傾向にあることから第１層１２ａの
厚みは５００オングストローム乃至２０００オングスト
ロームの範囲としておくことが好ましく、第２層１２ｂ
の層厚は５００オングストローム未満となると透光性部
材１１を固定部材９にロウ付けする際の熱によって第１
層１２ａが第３層１２ｃに拡散するのを有効に防止する
こができず、メタライズ層１２の透光性部材１１に対す
る接合強度が低下してしまう危険性があり、また１００
００オングストロームを越えると第１層１２ａ上に第２
層１２ｂを被着させる際に第２層１２ｂ中に大きな応力
が内在し、該内在応力によって第２層１２ｂが第１層１
２ａより剥離し易くなる傾向にあることから第２層１２
ｂの厚みは５００オングストローム乃至１００００オン
グストロームの範囲としておくことが好ましく、第３層
１２ｃの層厚は０．５μｍ未満であるとメタライズ層１
２に対するロウ材の濡れ性が大きく改善されず、透光性
部材１１を固定部材９に強固にロウ付け取着するのが困
難となる傾向にあり、また５μｍを越えると第２層１２
ｂ上に第３層１２ｃを被着させる際に第３層１２ｃ中に
大きな応力が内在し、該内在応力によって第３層１２ｃ
が第２層１２ｂより剥離し易くなる傾向にあることから
第３層１２ｃの厚みは０．５μｍ乃至５μｍの範囲とし
ておくことが好ましい。

【００３３】また一方、前記枠体２の上面には、例えば
鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金
属材料から成る蓋部材３が接合され、これによって基体
１と枠体２と蓋部材３とから成る容器の内部に光半導体
素子４が気密に封止されることとなる。

【００３４】前記蓋部材３の枠体２上面への接合は例え
ば、シームウエルド法等の溶接によって行われる。

【００３５】かくして本発明の光半導体素子収納用パッ
ケージによれば、基体１の光半導体素子載置部１ａに光
半導体素子４を間にペルチェ素子５等を挟んで載置固定
するとともに光半導体素子４の各電極をボンディングワ
イヤ８を介して外部リード端子６に電気的に接続し、次
に枠体２の上面に蓋部材３を接合させ、基体１と枠体２
と蓋部材３とから成る容器内部に光半導体素子４を収容
し、最後に枠体２の固定部材９に光ファイバー１０を挿
通させることによって最終製品としての光半導体装置と
なり、外部電気回路から供給される駆動信号によって光
半導体素子４に光を励起させ、該励起した光を非晶質ガ
ラスから成る透光性部材１１を通して光ファイバー１０
に授受させるとともに該光ファイバー１０内を伝達させ
ることによって高速光通信等に使用される。

【００３６】尚、本発明は上述の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であれば種
々の変更は可能であり、例えば上述の実施例では外部リ
ード端子６を基体１に固定したがこれを枠体２に固定し
てもよい。

【００３７】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
によれば、透光性部材を結晶軸を持たない非晶質ガラス
で形成したことから光半導体素子が励起した光を透光性
部材を通して光ファイバーに伝達させる場合、光半導体
素子の励起した光は透光性部材で複屈折を起こすことは
なくそのまま光ファイバーに授受され、これによって光
信号の伝送効率が高いものとなる。

【００３８】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、固定部材の一端を枠体の内壁面より２ｍｍ
以上突出させ、非晶質ガラスから成る透光性部材を枠体
の内壁面より２ｍｍ以上離れるようにして固定部材に取
着させたことから透光性部材を枠体に取着した固定部材
にロウ付け等によって接合させる際、透光性部材と枠体
との間に両者の熱膨張係数の相違に起因して応力が発生
しようとしても両者間の距離が長いことから大きな応力
が発生することはなく、その結果、透光性部材にクラッ
クや割れ等の破損が発生するのが有効に防止され、容器
の気密封止を完全として容器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。

【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の一実
施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す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・・光半導体素子載置部 ２・・・枠体 ２ａ・・貫通孔 ３・・・蓋部材 ４・・・光半導体素子 ９・・・固定部材 １０・・・光ファイバー １１・・・透光性部材 １２・・・メタライズ層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/00 - 23/30 H01L 21/56 H01L 31/0232 H01L 33/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に光半導体素子が載置される載置部を
   有する基体と、前記基体上で光半導体素子載置部を囲繞
   するように取着され、側部に貫通孔を有する枠体と、前
   記枠体の貫通孔に取着され、内部に光ファイバーが挿着
   される筒状の固定部材と、前記固定部材の一端に取着さ
   れる透光性部材と、前記枠体の上面に取着され、光半導
   体素子を気密に封止する蓋部材とから成る光半導体素子
   収納用パッケージであって、前記透光性部材は非晶質ガ
   ラスで形成されているとともに固定部材の一端が枠体の
   内壁面より２ｍｍ以上突出しており、且つ前記透光性部
   材が枠体の内壁面より２ｍｍ以上離れるようにして固定
   部材に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。