JP3706484B2 - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents
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Description
【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−ニッケル−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孔周辺に金−錫合金等のロウ材を介して取着され、内部に光信号が伝達される空間を有する鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る枠状の固定部材と、前記枠状の固定部材に融点が３００〜４００℃の金−錫合金等の低融点ロウ材を介して取着された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枠状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枠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、一主面が前記枠体の貫通孔周辺に取着され、他主面側に光ファイバー部材が接合される枠状の固定部材と、前記枠状の固定部材に取着され、固定部材の内部を塞ぐとともに非晶質ガラスから成る透光性部材と、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、前記固定部材はその一主面側の外形寸法が他主面側の外形寸法より小さくなるように外表面に段差が形成されており、かつ該外形寸法の小さい一主面側の領域でその一主面と前記段差との間の領域において、外周部にチタン、チタン−タングステンおよび窒化タンタルのうち少なくとも１種から成る第１層と、白金、ニッケルおよびニッケル−クロムの少なくとも１種から成る第２層と、金、白金および銅の少なくとも１種から成る第３層とを順次、積層して成るメタライズ層が形成された透光性部材が取着されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、固定部材の枠体に取着される側の外形寸法を光ファイバー部材が取着される側の外形寸法に対して小さくし、外表面に段差を形成するとともに外形寸法の小さい領域において固定部材の内部に非晶質ガラスから成る透光性部材を取着したことから枠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段差で遮断されて固定部材の内部を塞ぐ非晶質ガラス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。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
前記基体１は鉄−ニッケル−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−ニッケル−コバルト合金から成る場合、鉄−ニッケル−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。
【００１１】
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２〜６μｍ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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
前記外部リード端子６は例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−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。
【００１５】
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１．０μｍ乃至２０μｍ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１．０μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００１６】
また前記基体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。
【００１７】
前記枠体２は鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、鉄−ニッケル−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。
【００１８】
更に前記枠体２はその側部に貫通孔２ａが設けてあり、該貫通孔２ａ周辺の外表面には枠状の固定部材９が取着され、更に固定部材９の内側には透光性部材１０が取着されている。
【００１９】
前記枠体２の側部に形成されている貫通孔２ａは内部に収容する光半導体素子４が励起した光を後述する固定部材９に接続される光ファイバー部材１１に伝達させる伝達孔として作用し、枠体２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に形成される。
【００２０】
前記枠体２の側部外表面で貫通孔２ａの周辺には枠状の固定部材９が取着されており、該固定部材９は光ファイバー部材１１を枠体２に固定する際の下地固定部材として作用するとともに枠体２の貫通孔２ａ内を伝達する光半導体素子４の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、その一主面側は枠体２の貫通孔２ａ周辺の外表面に金−錫合金等のロウ材を介して取着され、また他主面側には光ファイバー部材１１が取着接続される。
【００２１】
前記枠状の固定部材９は鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、鉄−ニッケル合金のインゴット（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る。
【００２２】
また前記固定部材９はその内側に透光性部材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。
【００２３】
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。
【００２４】
前記透光性部材１０の固定部材９への取着は例えば、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−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−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。
【００２５】
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−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−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−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−白金−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。
【００２６】
更に前記チタン、チタン−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−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。
【００２７】
また更に前記メタライズ層１２をチタン、チタン−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−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１２ａ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１００００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１２ａより剥離し易くなる傾向にあることから第２層１２ｂ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１２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１２ｂ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。
【００２８】
前記固定部材９は更に枠体２に取着される側（固定部材９の一主面側）の外形寸法が光ファイバー部材１１の取着される側（固定部材９の他主面側）の外形寸法よりも小さくしてあり、外表面に段差が形成されている。そして外形寸法の小さい領域において固定部材９の内側に透光性部材１０が取着されている。
【００２９】
前記固定部材９の外表面に段差を設けるのは固定部材９の他主面側に発生する応力が一主面側に作用するのを遮断するためのものであり、固定部材９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の他主面側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の表面段差で一主面側に作用するのが有効に遮断され、その結果、固定部材９の一主面側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１０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。
【００３０】
なお、前記固定部材９の外形寸法を枠体２に取着される側（固定部材９の一主面側）は小さく、光ファイバー部材１１が取着される側（固定部材９の他主面側）を大きくする方法としては固定部材９の一端側の外表面に対し、切削加工等、の金属加工を施すことによって行われる。
【００３１】
また前記固定部材８の外表面に形成される段差はその高さが２ｍｍ未満であると固定部材９の他主面側に発生した応力が一主面側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段差はその高さを２ｍｍ以上としてくことが好ましい。
【００３２】
更に前記枠体２はその上面に、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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を基体１に固定したがこれを枠体２に固定してもよい。
【００３６】
【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、固定部材の枠体に取着される側の外形寸法を光ファイバー部材が取着される側の外形寸法に対して小さくし、外表面に段差を形成するとともに外形寸法の小さい領域において固定部材の内部に非晶質ガラス等から成る透光性部材を取着したことから枠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段差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・・・透光性部材
１１・・・光ファイバー部材
１２・・・メタライズ層
【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−ニッケル−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孔周辺に金−錫合金等のロウ材を介して取着され、内部に光信号が伝達される空間を有する鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る枠状の固定部材と、前記枠状の固定部材に融点が３００〜４００℃の金−錫合金等の低融点ロウ材を介して取着された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枠状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枠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、一主面が前記枠体の貫通孔周辺に取着され、他主面側に光ファイバー部材が接合される枠状の固定部材と、前記枠状の固定部材に取着され、固定部材の内部を塞ぐとともに非晶質ガラスから成る透光性部材と、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、前記固定部材はその一主面側の外形寸法が他主面側の外形寸法より小さくなるように外表面に段差が形成されており、かつ該外形寸法の小さい一主面側の領域でその一主面と前記段差との間の領域において、外周部にチタン、チタン−タングステンおよび窒化タンタルのうち少なくとも１種から成る第１層と、白金、ニッケルおよびニッケル−クロムの少なくとも１種から成る第２層と、金、白金および銅の少なくとも１種から成る第３層とを順次、積層して成るメタライズ層が形成された透光性部材が取着されていることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、固定部材の枠体に取着される側の外形寸法を光ファイバー部材が取着される側の外形寸法に対して小さくし、外表面に段差を形成するとともに外形寸法の小さい領域において固定部材の内部に非晶質ガラスから成る透光性部材を取着したことから枠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段差で遮断されて固定部材の内部を塞ぐ非晶質ガラス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。
【０００８】
【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。
【０００９】
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。
【００１０】
前記基体１は鉄−ニッケル−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−ニッケル−コバルト合金から成る場合、鉄−ニッケル−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。
【００１１】
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２〜６μｍ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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
前記外部リード端子６は例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−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。
【００１５】
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１．０μｍ乃至２０μｍ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１．０μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００１６】
また前記基体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。
【００１７】
前記枠体２は鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、鉄−ニッケル−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。
【００１８】
更に前記枠体２はその側部に貫通孔２ａが設けてあり、該貫通孔２ａ周辺の外表面には枠状の固定部材９が取着され、更に固定部材９の内側には透光性部材１０が取着されている。
【００１９】
前記枠体２の側部に形成されている貫通孔２ａは内部に収容する光半導体素子４が励起した光を後述する固定部材９に接続される光ファイバー部材１１に伝達させる伝達孔として作用し、枠体２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に形成される。
【００２０】
前記枠体２の側部外表面で貫通孔２ａの周辺には枠状の固定部材９が取着されており、該固定部材９は光ファイバー部材１１を枠体２に固定する際の下地固定部材として作用するとともに枠体２の貫通孔２ａ内を伝達する光半導体素子４の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、その一主面側は枠体２の貫通孔２ａ周辺の外表面に金−錫合金等のロウ材を介して取着され、また他主面側には光ファイバー部材１１が取着接続される。
【００２１】
前記枠状の固定部材９は鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、鉄−ニッケル合金のインゴット（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る。
【００２２】
また前記固定部材９はその内側に透光性部材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。
【００２３】
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。
【００２４】
前記透光性部材１０の固定部材９への取着は例えば、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−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−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。
【００２５】
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−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−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−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−白金−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。
【００２６】
更に前記チタン、チタン−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−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。
【００２７】
また更に前記メタライズ層１２をチタン、チタン−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−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１２ａ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１００００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１２ａより剥離し易くなる傾向にあることから第２層１２ｂ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１２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１２ｂ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。
【００２８】
前記固定部材９は更に枠体２に取着される側（固定部材９の一主面側）の外形寸法が光ファイバー部材１１の取着される側（固定部材９の他主面側）の外形寸法よりも小さくしてあり、外表面に段差が形成されている。そして外形寸法の小さい領域において固定部材９の内側に透光性部材１０が取着されている。
【００２９】
前記固定部材９の外表面に段差を設けるのは固定部材９の他主面側に発生する応力が一主面側に作用するのを遮断するためのものであり、固定部材９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の他主面側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の表面段差で一主面側に作用するのが有効に遮断され、その結果、固定部材９の一主面側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１０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。
【００３０】
なお、前記固定部材９の外形寸法を枠体２に取着される側（固定部材９の一主面側）は小さく、光ファイバー部材１１が取着される側（固定部材９の他主面側）を大きくする方法としては固定部材９の一端側の外表面に対し、切削加工等、の金属加工を施すことによって行われる。
【００３１】
また前記固定部材８の外表面に形成される段差はその高さが２ｍｍ未満であると固定部材９の他主面側に発生した応力が一主面側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段差はその高さを２ｍｍ以上としてくことが好ましい。
【００３２】
更に前記枠体２はその上面に、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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を基体１に固定したがこれを枠体２に固定してもよい。
【００３６】
【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、固定部材の枠体に取着される側の外形寸法を光ファイバー部材が取着される側の外形寸法に対して小さくし、外表面に段差を形成するとともに外形寸法の小さい領域において固定部材の内部に非晶質ガラス等から成る透光性部材を取着したことから枠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段差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・・・透光性部材
１１・・・光ファイバー部材
１２・・・メタライズ層
Claims (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、一主面が前記枠体の貫通孔周辺に取着され、他主面側に光ファイバー部材が接合される枠状の固定部材と、前記枠状の固定部材に取着され、固定部材の内部を塞ぐとともに非晶質ガラスから成る透光性部材と、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、前記固定部材はその一主面側の外形寸法が他主面側の外形寸法より小さくなるように外表面に段差が形成されており、かつ該外形寸法の小さい一主面側の領域でその一主面と前記段差との間の領域において、外周部にチタン、チタン−タングステンおよび窒化タンタルのうち少なくとも１種から成る第１層と、白金、ニッケルおよびニッケル−クロムの少なくとも１種から成る第２層と、金、白金および銅の少なくとも１種から成る第３層とを順次、積層して成るメタライズ層が形成された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。
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