JP3522129B2 - 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−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内に
金ー錫合金等のロウ材を介して取着され、金属枠体の内
側に一端部が、外側に他端部が位置する内部に光信号が
伝達される空間を有す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、前記筒状の固定部材
の一端側の内部に融点が３００〜４００℃の金ー錫合金
等の低融点ロウ材を介して取着され、固定部材の内部を
塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材と、前記金属枠
体の上面に取着され、光半導体素子を気密に封止する蓋
部材とから構成されており、前記金属基体の光半導体素
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他端側に光ファイバー部材をＹＡ
Ｇ溶接や炭酸ガスレーザー溶接により接合させることに
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を光励起させ、
該励起した光を透光性部材を通して光ファイバー部材に
授受させるとともに該光ファイバー部材の光ファイバー
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】

【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、内部が
非晶質ガラス等から成る透光性部材で塞がれた筒状の固
定部材に光ファイバー部材をＹＡＧ溶接や炭酸ガスレー
ザー溶接によって接合させる際、溶接時の応力がそのま
ま固定部材の内部を塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性
部材に伝達作用して透光性部材に内在してしまい、その
結果、透光性部材を通して光半導体素子が励起した光を
光ファイバー部材に授受させる際、光半導体素子の励起
した光は透光性部材を通過する際に前記内在する応力に
よって複屈折を起こし、光の一部のみが光ファイバー部
材に授受されることになって光ファイバー部材ヘの光の
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。

【０００５】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は光半導体素子の励起した光を透光性部材
を介し光ファイバー部材に効率良く授受させ、光信号の
伝送効率を高いものとした光半導体素子収納用パッケー
ジを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】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
に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、前記貫通孔に取着され、枠体
の内側に一端部が、外側に光ファイバー部材が接続され
る他端部が位置する筒状の固定部材と、前記筒状の固定
部材の一端部側の内部に取着され、筒状固定部材の内部
を塞ぐ透光性部材と、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、前記固定部材の透光性部
材が取着されている領域と枠体の内壁面との間に位置す
る固定部材の外表面に溝部を設けたことを特徴とするも
のである。

【０００７】また本発明は、前記溝部の幅が０．０５ｍ
ｍ以上であることを特徴とするものである。

【０００８】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、固定部材の透光性部材が取着されている領域と
枠体の内壁面との間に位置する固定部材の外表面に、例
えば、０．０５ｍｍ以上の幅の溝部を設けたことから筒
状の固定部材に光ファイバー部材をＹＡＧ溶接や炭酸ガ
スレーザー溶接によって接合させる際、溶接時の応力は
固定部材の表面溝部で遮断されて固定部材の内部を塞ぐ
非晶質ガラス等から成る透光性部材に大きく作用するの
が有効に防止され、その結果、透光性部材に大きな応力
が内在することはなく、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た場合、光半
導体素子の励起した光は透光性部材に内在する熱応力に
起因して複屈折を起こすことなくそのまま光ファイバー
部材に授受されることとなり、光信号の伝送効率が極め
て高いものとなる。

【０００９】

【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乃至図３は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。

【００１０】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−シリコンロウ材等の接着剤により接着固定され
る。

【００１１】前記基体１は鉄ーニッケルーコバルト合金
や銅−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。

【００１２】なお、前記基体１はその外表面に耐蝕性に
優れ、かつロウ材に対して濡れ性が良い金属、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
が酸化腐蝕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は酸化腐蝕を有効に防止し、かつ上面に
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２〜６μ
ｍ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。

【００１３】また前記基体１はその上面に、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。

【００１４】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。

【００１５】更に前記枠体２はその側部に従来周知のド
リル孔あけ加工を施すことによって所定形状の貫通孔２
ａが形成されており、該貫通孔２ａ内には筒状の固定部
材９が一端部を枠体２の内側に、他端部を枠体２の外側
として取着され、更に固定部材９の一端側の内部には透
光性部材１０が取着されている。

【００１６】前記筒状の固定部材９は光ファイバー部材
１１を固定する際の下地固定部材として作用するととも
に光半導体素子４が励起した光を光ファイバー部材１１
に伝達させる作用をなし、枠体２の外側に位置する他端
部に光ファイバー部材１１が取着接続される。

【００１７】前記筒状の固定部材９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、鉄ーニッケル合金のインゴット（塊）をプレス
加工により筒状とすることによって形成される。

【００１８】また前記固定部材９は枠体２の内側に位置
する一端部に透光性部材１０が取着されており、該透光
性部材１０は固定部材９の内側を塞ぎ、基体１と枠体２
と蓋部材３とから成る容器の気密封止を保持させるとと
もに固定部材９の内部空間を伝達する光半導体素子４の
励起した光をそのまま固定部材９に取着接続される光フ
ァイバー部材１１に伝達させる作用をなす。

【００１９】前記透光性部材１０は例えば、酸化珪素、
酸化鉛を主成分とした鉛系及びホウ酸、ケイ砂を主成分
としたホウケイ酸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１０を通過させて光フ
ァイバー部材１１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１０で複屈折を起こすことはな
くそのまま光フアイバー部材１１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
バー部材１１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。

【００２０】前記透光性部材１０の固定部材９への取着
は例えば、図３に示す如く、透光性部材１０の外周部に
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１０の固定部材９への取着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１０との取
着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、かつ安定に作動させることができ
る。

【００２１】なお、前記透光性部材１０の外周部に予め
被着されているメタライズ層１２は透光性部材１０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法を採用することによって形成すること
ができないことから図２に示すように、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１０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１０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１０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１０との接合強度が強く、かつロウ
材との濡れ性が良好で透光性部材１０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。

【００２２】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
１０の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、メッキ法等により順次、所定厚みに被着
させることによって形成される。

【００２３】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１０に
対する接合強度が弱くなる傾向にあり、また２０００オ
ングストロームを超えると透光性部材１０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１０
より剥離し易くな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
１０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
とができず、メタライズ層１２の透光性部材１０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超えると第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１０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を超えると第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。

【００２４】前記筒状の固定部材９は図３に示す如く、
その外表面で、透光性部材１０が取着されている領域と
枠体２の内壁面との間の位置に溝部９ａが設けられてお
り、該溝部９ａは固定部材９の外表面に、例えば、研削
等の機械加工を施すことによって所定形状に形成され
る。

【００２５】前記溝部９ａは固定部材９に伝達する応力
が透光性部材１０に作用するのを防止する作用をなし、
固定部材９の他端部に光ファイバー部材１１をＹＡＧ溶
接や炭酸ガスレーザー溶接で接合させる際、固定部材９
の他端部に溶接時の応力が発生したとしても該応力は前
記固定部材９の外表面に設けた溝部で一端部側に伝達作
用するのが有効に遮断され、その結果、固定部材９の一
端部に取着されている透光性部材１０に応力が作用し、
これが透光性部材１０の内部に内在することはなく、こ
れによって光半導体素子４が励起した光を透光性部材１
０を通して光ファイバー部材１１に伝達させた場合、光
半導体素子４の励起した光は透光性部材１０に内在する
応力に起因して複屈折を起こすことはなくそのまま光フ
ァイバー部材１１に授受されることとなり、光信号の伝
送効率が極めて高いものとなる。

【００２６】なお、前記溝部９ａはその幅ｔが０．０５
ｍｍ未満であると固定部材９の他端部に発生した応力が
一端部に作用するのを有効に遮断するのが困難となる。
従って、前記固定部材８の外表面に形成される溝部はそ
の幅ｔを０．０５ｍｍ以上としてくことが好ましい。

【００２７】また前記固定部材９が取着されている枠体
２は更にその側部に切欠部２ｂが形成されており、該切
欠部２ｂには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。

【００２８】前記外部リード端子６は光半導体素子４の
各電極を外部の竃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。

【００２９】前記外部リード端子６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への固定は、枠体２に外部リード端子６
より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。

【００３０】なお、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、かつ
ロウ材と濡れ性の良いメッキ金属層を１μｍ乃至２０μ
ｍの厚みに被着させておくと外部リード端子６の酸化腐
蝕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、かつロウ
材と濡れ性が良いメッキ金属層を１μｍ乃至２０μｍの
厚みに被着させておくことが好ましい。

【００３１】更に前記枠体２はその上面に、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とからな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。

【００３２】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。

【００３３】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の各電極をボンデイングワ
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に光ファイバー部材１１
を取着接続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１０を通して光ファイ
バー部材１１に授受させるとともに該光ファイバー部材
１１の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。

【００３４】なお、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を枠体１に固定したがこれを基体１に固定
してもよい。

【００３５】

【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、固定部材の透光性部材が取着されている領域
と枠体の内壁面との間に位置する固定部材の外表面に、
例えば、０．０５ｍｍ以上の幅の溝部を設けたことから
筒状の固定部材に光ファイバー部材をＹＡＧ溶接や炭酸
ガスレーザー溶接によって接合させる際、溶接時の応力
は固定部材の表面溝部で遮断されて固定部材の内部を塞
ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材に大きく作用する
のが有効に防止され、その結果、透光性部材に大きな応
力が内在することはなく、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た場合、光
半導体素子の励起した光は透光性部材に内在する熱応力
に起因して複屈折を起こすことなくそのまま光ファイバ
ー部材に授受されることとなり、光信号の伝送効率が極
めて高いものとなる。

【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透
光性部材の取着を説明するための一部拡大断面図であ
る。

【図３】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの固
定部材に設けた溝部を説明するための一部拡大断面図で
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 ９ａ・・溝部 １０・・・透光性部材 １１・・・光ファイバー部材 １２・・・メタライズ層

Claims (2)

(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、前記基体上に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
   記貫通孔に取着され、枠体の内側に一端部が、外側に光
   ファイバー部材が接続される他端部が位置する筒状の固
   定部材と、前記筒状の固定部材の一端部側の内部に取着
   され、筒状固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、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、前記固定部材の透光性部材が取着されている領域と
   枠体の内壁面との間に位置する固定部材の外表面に溝部
   を設けたことを特徴とする光半導体素子収納用パッケー
   ジ。
2. 【請求項２】前記溝部の幅が０．０５ｍｍ以上であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子収納用パ
   ッケージ。