JP4335029B2 - キャップ部材及び光半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャップ部材と、これを用いた光半導体装置とに関するものである。

光半導体装置に用いられるキャップ部材として、金属からなると共に開口が形成された部材と、この開口を塞ぐように当該部材に接着される窓材とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。特許文献１及び２に記載されたキャップ部材では、上記部材（筒体）と窓材とを低融点ガラスにより接着している。
特開平８−２５０６１６号公報 特開２００２−７６４９４号公報

しかし、部材と窓材とを低融点ガラスにより接着した構成では、接着強度が不十分且つ耐湿性が低く、信頼性に劣るという問題点を有している。

特許文献１及び２に記載されたキャップ部材では、低融点ガラスの表面を保護膜（例えば、樹脂、導電性樹脂、Ｎｉめっき膜等からなる）で覆うことにより、耐湿性に関する問題の解決を図るようにしている。このため、特許文献１及び２に記載されたキャップ部材では、保護膜を形成するための工程が必要となり、製造工程が複雑化するなどして、コストが非常に高くなってしまう。また、接着強度に関する問題を充分に解決するには至っていない。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、安価で、耐湿性に優れ、窓材の接着強度を高めることが可能なキャップ部材及び光半導体装置を提供することを目的とする。

本発明に係るキャップ部材は、金属からなり、開口が形成された部材と、前記部材の内側に位置し、前記開口を塞ぐように高融点ガラスにより前記部材に接着される窓材と、を備え、前記部材は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、前記高融点ガラスは、前記窓材の融点よりも低い温度で前記部材及び前記窓材に融着しており、前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されていることを特徴とする。

本発明に係るキャップ部材では、上記部材と窓材とを接着する部材として高融点ガラスを用いているので、耐湿性に優れる。

また、本発明では、耐湿性に優れた高融点ガラスを用いているので、上記部材と窓材とを低融点ガラスにより接着したときに必要となる耐湿性を向上するため保護膜が不要となる。これにより、製造工程が複雑化することなく、低コスト化を図ることができる。

また、本発明によれば、上記部材の熱収縮が、窓材及び高融点ガラスの熱収縮に比べて大きいため、上記部材から窓材の方向（窓材の厚み方向に垂直な方向）に収縮力が作用することとなり、上記部材と窓材との接着強度が高められる。特に、窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と高融点ガラスとの接触面積が窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されているので、窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向（例えば、窓材の厚み方向）から作用する力よりも大きくなり、接着強度を効果的に高めることができる。

本発明に係るキャップ部材は、金属からなる筒体と、前記筒体の内側に位置し、高融点ガラスにより前記筒体に当該筒体の開口を塞ぐように接着される窓材と、を備え、前記筒体は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、前記高融点ガラスは、前記窓材の融点よりも低い温度で前記筒体及び前記窓材に融着しており、前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されていることを特徴とする。

本発明に係るキャップ部材では、筒体と窓材とを接着する部材として高融点ガラスを用いているので、耐湿性に優れる。

また、本発明では、耐湿性に優れた高融点ガラスを用いているので、筒体と窓材とを低融点ガラスにより接着したときに必要となる耐湿性を向上するため保護膜が不要となる。これにより、製造工程が複雑化することなく、低コスト化を図ることができる。

また、本発明によれば、筒体の熱収縮が、窓材及び高融点ガラスの熱収縮に比べて大きいため、筒体から窓材の方向（窓材の厚み方向に垂直な方向）に収縮力が作用することとなり、筒体と窓材との接着強度が高められる。特に、窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と高融点ガラスとの接触面積が窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されているので、窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向（例えば、窓材の厚み方向）から作用する力よりも大きくなり、接着強度を効果的に高めることができる。

本発明に係るキャップ部材は、金属からなり、開口が形成された平板状部材と、前記平板状部材の内側に位置し、前記開口を塞ぐように高融点ガラスにより前記平板状部材に接着される窓材と、を備え、前記平板状部材は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、前記高融点ガラスは、前記窓材の融点よりも低い温度で前記平板状部材及び前記窓材に融着しており、前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されていることを特徴とする。

本発明に係るキャップ部材では、平板状部材と窓材とを接着する部材として高融点ガラスを用いているので、耐湿性に優れる。

また、本発明では、耐湿性に優れた高融点ガラスを用いているので、平板状部材と窓材とを低融点ガラスにより接着したときに必要となる耐湿性を向上するため保護膜が不要となる。これにより、製造工程が複雑化することなく、低コスト化を図ることができる。

また、本発明によれば、平板状部材の熱収縮が、窓材及び高融点ガラスの熱収縮に比べて大きいため、平板状部材から窓材の方向（窓材の厚み方向に垂直な方向）に収縮力が作用することとなり、平板状部材と窓材との接着強度が高められる。特に、窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と高融点ガラスとの接触面積が窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されているので、窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向（例えば、窓材の厚み方向）から作用する力よりも大きくなり、接着強度を効果的に高めることができる。

本発明に係る光半導体装置は、パッケージ内に光半導体素子が収容された光半導体装置であって、前記パッケージは、金属からなる筒体と、前記筒体の内側に位置し、高融点ガラスにより前記筒体に当該筒体の開口を塞ぐように接着される窓材と、を備えたキャップ部材を含み、前記筒体は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、前記高融点ガラスは、前記窓材の融点よりも低い温度で前記筒体及び前記窓材に融着し、前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されていることを特徴とする。

このような、光半導体装置は、光半導体素子を収容するパッケージが上述のキャップ部材を含むことにより、安価で、耐湿性に優れ、筒体と窓材との接着強度を高めることができる。

本発明に係る光半導体装置は、パッケージ内に光半導体素子が収容された光半導体装置であって、前記パッケージは、金属からなり、開口が形成された平板状部材と、前記平板状部材の内側に位置し、前記開口を塞ぐように高融点ガラスにより前記平板状部材に接着される窓材と、を備えたキャップ部材を含み、前記平板状部材は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、前記高融点ガラスは、前記窓材の融点よりも低い温度で前記平板状部材及び前記窓材に融着し、前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定されていることを特徴とする。

このような、光半導体装置は、光半導体素子を収容するパッケージが上述のキャップ部材を含むことにより、安価で、耐湿性に優れ、平板状部材と窓材との接着強度を高めることができる。

上記窓材は、窓材の厚み方向に沿った面でのみ高融点ガラスに接触していることが好ましい。この場合、窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向のみから平板状部材の収縮力が作用することとなり、平板状部材と窓材との接着強度を極めて高くすることができる。

また、上記高融点ガラスは、窓材の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有していることが好ましい。この場合、窓材に対し平板状部材の収縮力を窓材の厚み方向に垂直な方向から適切に作用させることができる。

本発明によれば、安価で、耐湿性に優れ、窓材の接着強度を高めることが可能なキャップ部材及び光半導体装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係るキャップ部材について説明する。図１は第１実施形態に係るキャップ部材を示す斜視図であり、図２は第１実施形態に係るキャップ部材を示す平面図であり、図３は第１実施形態に係るキャップ部材を示す概略断面図である。キャップ部材Ｃ１は、筒体１と、窓材１１とを備える。

筒体１は、金属（例えば、コバール合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や鉄等）からなり、胴部３と、胴部３の一端に位置する頂部５と、胴部の他端に位置する基部７とを含む。胴部３は、円筒形状を呈している。頂部５は、胴部３の一端から内周側に向けて伸びている。頂部５には、円形状を呈した開口５ａが形成されている。基部７は、胴部３の他端から外周側に向けて、フランジ状に伸びている。本実施形態において、開口５ａの直径は９．１ｍｍに設定されている。

窓材１１は、円板形状を呈しており、石英ガラス等からなる。窓材１１は、筒体１の胴部３の内側に位置し、開口５ａを塞ぐように当該筒体１の胴部３及び頂部５に高融点ガラス１３により接着されている。窓材１１は、その直径が開口５ａの直径よりも大きく設定されている。本実施形態において、窓材１１の直径は９．２ｍｍに設定されており、厚みは０．５ｍｍに設定されている。なお、石英ガラスの融点は１７００（Ｋ）程度である。

高融点ガラス１３は、窓材１１の融点よりも低い温度で筒体１（胴部３及び頂部５）及び窓材１１に融着する。窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積は、窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されている。本実施形態においては、窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａでのみ高融点ガラス１３に接触している。

高融点ガラス１３としては、Ｎａ_２Ｏ、Ｂ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２等を主成分とする硼硅酸ガラスを用いることができる。本実施形態にて用いる硼硅酸ガラスは、熱膨張係数が３２×１０^−７（／℃）であり、融点が６００〜７００℃であり、歪点が４５６℃であり、除冷点が４９６℃であり、作業温度が１０００℃である。

筒体１は、窓材１１及び高融点ガラス１３の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有している。コバール金属の熱膨張係数は４５〜６０×１０^−７（／℃）であり、鉄の熱膨張係数は１１８×１０^−７（／℃）である。石英ガラスの熱膨張係数は５．０〜６．０×１０^−７（／℃）である。

ここで、図４を参照して、キャップ部材Ｃ１の製造方法を説明する。図４は、第１実施形態に係るキャップ部材の製造方法を説明するための模式図である。

まず、予め、高融点ガラス１３を、プレス成型等を用いてリング状に成型しておく。リング状に成型された高融点ガラス１３の内径は、窓材１１の直径よりも大きく設定されている。

そして、図４に示されるように、筒体１の頂部５、窓材１１及び高融点ガラス１３を、一対のカーボン製の治具１７で挟み、固定する。このとき、窓材１１及びリング状の高融点ガラス１３は、筒体１の基部７側の開口から挿入されて、筒体１の胴部３の内側に位置している。また、窓材１１は、リング状の高融点ガラス１３の内周側に位置している。

そして、治具１７にて固定した筒体１、高融点ガラス１３及び窓材１１を窓材１１の融点より低く高融点ガラス１３の融点よりも高い温度（本実施形態においては、１０００℃程度）に加熱して、高融点ガラス１３を溶融させる。

その後、常温まで冷却し、高融点ガラス１３を硬化させて、筒体１と窓材１１とを接着、固定する。このとき、筒体１の熱収縮が、窓材１１及び高融点ガラス１３の熱収縮に比べて大きく、筒体１から窓材１１の方向（窓材１１の厚み方向に垂直な方向）に収縮力が作用することとなる。なお、筒体１、高融点ガラス１３及び窓材１１の加熱には、電気炉等を用いることができる。

以上のように、本第１実施形態においては、筒体１と窓材１１とを接着する部材として高融点ガラス１３を用いているので、耐湿性に優れる。

また、本第１実施形態においては、耐湿性に優れた高融点ガラス１３を用いているので、筒体１と窓材１１とを低融点ガラスにより接着したときに必要となる耐湿性を向上するための保護膜が不要となる。これにより、キャップ部材Ｃ１の製造工程が複雑化することなく、低コスト化を図ることができる。

また、本第１実施形態においては、筒体１から窓材１１の方向に収縮力が作用することとなり、筒体１と窓材１１との接着強度が高められる。特に、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積が窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されているので、窓材１１に対し当該窓材１１の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、窓材１１の厚み方向に垂直な方向以外の方向（例えば、窓材１１の厚み方向）から作用する力よりも大きくなり、筒体１と窓材１１との接着強度を効果的に高めることができる。

また、本実施形態において、窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａでのみ高融点ガラス１３に接触している。これにより、窓材１１に対し当該窓材１１の厚み方向に垂直な方向のみから筒体１の収縮力が作用することとなり、筒体１と窓材１１との接着強度を極めて高くすることができる。

また、高融点ガラス１３は、窓材１１の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有している。これにより、窓材１１に対し筒体１の収縮力を窓材１１の厚み方向に垂直な方向から適切に作用させることができる。

次に、図５〜図９を参照して、第１実施形態に係るキャップ部材の変形例について説明する。図５〜図９は、第１実施形態に係るキャップ部材の変形例を示す概略断面図である。

図５に示された変形例におけるキャップ部材Ｃ２は、筒体１と、窓材２１とを備える。窓材２１は、円板形状を呈しており、石英ガラス等からなる。窓材２１は、筒体１の胴部３の内側に位置し、高融点ガラス１３により開口５ａを塞ぐように当該筒体１の胴部３及び頂部５に接着されている。窓材２１は、その直径が開口５ａの直径よりも小さく設定されている。本実施形態において、窓材２１の直径は９．０ｍｍに設定されており、厚みは０．５ｍｍに設定されている。窓材２１は、窓材２１の厚み方向に沿った面２１ａでのみ高融点ガラス１３に接触している。

図６に示された変形例におけるキャップ部材Ｃ３は、筒体３１と、窓材１１とを備える。筒体３１は、金属（例えば、コバール合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や鉄等）からなり、胴部３と基部７とで構成されている。窓材１１は、筒体１の胴部３の内側に位置し、高融点ガラス１３により胴部３の開口３ａ（基部７と反対側の開口）を塞ぐように当該筒体１の胴部３に接着されている。窓材１１は、その直径が開口３ａの直径よりも小さく設定されている。窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａでのみ高融点ガラス１３に接触している。

図７に示された変形例におけるキャップ部材Ｃ４は、筒体１と、窓材１１とを備える。窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａ及び厚み方向に垂直な面１１ｂで高融点ガラス１３に接触している。ただし、窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積は、上述したように、窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されている。

図８に示された変形例におけるキャップ部材Ｃ５は、筒体１と、窓材２１とを備える。窓材２１は、窓材２１の厚み方向に沿った面２１ａ及び厚み方向に垂直な面２１ｂで高融点ガラス１３に接触している。ただし、窓材２１における当該窓材２１の厚み方向に沿った面２１ａと高融点ガラス１３との接触面積は、上述したように、窓材２１における当該窓材２１の厚み方向に垂直な面２１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されている。

図９に示された変形例におけるキャップ部材Ｃ６は、筒体３１と、窓材１１とを備える。窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａ及び厚み方向に垂直な面１１ｂで高融点ガラス１３に接触している。ただし、窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積は、上述したように、窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されている。

上述した変形例におけるキャップ部材Ｃ２〜Ｃ６においても、キャップ部材Ｃ１と同様に、安価で且つ耐湿性に優れており、筒体１，３１と窓材１１，２１との接着強度を効果的に高めることができる。

また、高融点ガラス１３に金属酸化物等からなるフィラーを含ませることにより、筒体１，３１と窓材１１，２１との接着強度をより一層高めることも可能である。
キャップ部材Ｃ４〜Ｃ６において筒体１，３１と窓材１１，２１との接着強度を適切に維持するためには、窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積の３０％以下であることが好ましい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る光半導体装置について説明する。

図１０は第２実施形態に係る光半導体装置を示す斜視図であり、図１１は第２実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。光半導体装置ＯＳ１は、光半導体素子（半導体発光素子）としての半導体レーザ４１と、半導体レーザ４１を収容するパッケージ４３とを有し、発光装置として機能する。パッケージ４３は、キャップ部材Ｃ１とベース部材４５とを含んでいる。

ベース部材４５は、円板形状を呈しており、その一方の主面にはＬ字型形状の装着部材４７が設けられている。ベース部材４５の他方の主面からは、リード端子４９が延びている。装着部材４７の上部平面４７ａ上には、一方の出射端面４１ａがベース部材４５と対向するように半導体レーザ４１が配設されている。ベース部材４５上には、装着部材５３が設けられている。装着部材５３には、モニタ用のフォトダイオード５１が固定されている。半導体レーザ４１の電極及びフォトダイオード５１の出力端子は、リード線を介してリード端子４９に接続されている。

半導体レーザ４１とフォトダイオード５１は、ベース部材４５に固定されたキャップ部材Ｃ１でカバーされている。キャップ部材Ｃ１は、基部７がベース部材４５に溶接されることにより、ベース部材４５に固定される。窓材１１は、半導体レーザ４１の他方の出射端面４１ｂに対向して設けられる。

フォトダイオード５１の光入射面には透明板状の波長選択フィルタ５５がシリコン接着剤などで貼付されている。波長選択フィルタ５５としては着色ガラスフィルタなどがあり、本第２実施形態では、半導体レーザ４１の発光波長にピークを持つ半値幅が狭く、且つ迷光の少ないタイプのものが用いられている。したがって、波長選択フィルタ５５は半導体レーザ４１の発光波長とほぼ同一の波長の光だけを選択的に通過させるように機能する。

リード端子４９には、ＡＰＣ回路（図示せず）が接続されており、半導体レーザ４１からの光出力はこのＡＰＣ回路によって一定になるよう制御される。

半導体レーザ４１の電極間に所定の電流が流れると、半導体レーザ４１の出射端面４１ｂから窓材１１方向に主ビームが、出射端面４１ａからリード端子４９方向にモニタビームがそれぞれ出射される。主ビームは、窓材１１を透過して、パッケージ４３外に出射される。モニタビームの一部は、波長選択フィルタ５５に入射され、波長選択フィルタ５５を透過してフォトダイオード５１に入射する。このようにモニタビームをフォトダイオード５１が受けると入射光量に応じた光電流が出力される。この出力電流はＡＰＣ回路（図示せず）に与えられ、ＡＰＣ回路の制御によって半導体レーザ４１からの光出力が一定となるように調整される。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る光半導体装置について説明する。

図１２は、第３実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。光半導体装置ＯＳ２は、光半導体素子（半導体光検出素子）としてのフォトダイオード６１と、フォトダイオード６１を収容するパッケージ６３とを有し、光検出装置として機能する。パッケージ６３は、キャップ部材Ｃ１とベース部材６５とを含んでいる。

ベース部材６５の一方の主面にはフォトダイオード６１がマウントされ、ベース部材６５に貫通して設けられたリード端子６７にボンディングワイヤ６９で電気的に接続されている。ベース部材６５の開口とリード端子６７の間にはスペーサ７１が介在され、電気的な絶縁が図られている。

フォトダイオード６１は、ベース部材６５に固定されたキャップ部材Ｃ１でカバーされている。キャップ部材Ｃ１は、基部７がベース部材６５に溶接されることにより、ベース部材６５に固定される。窓材１１は、フォトダイオード６１の光感応領域に対向して設けられる。

上述した光半導体装置ＯＳ１，ＯＳ２においては、パッケージ４３，６３がキャップ部材Ｃ１を含むことにより、安価で且つ耐湿性に優れており、筒体１と窓材１１との接着強度が効果的に高められている。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態に係るキャップ部材について説明する。図１３は第４実施形態に係るキャップ部材を示す平面図であり、図１４は第４実施形態に係るキャップ部材を示す概略断面図である。キャップ部材Ｃ７は、窓枠として機能する平板状部材８１と、窓材１１とを備える。

平板状部材８１は、金属（例えば、コバール合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や鉄等）からなり、中央に円形状を呈した開口８１ａが形成されている。本実施形態において、開口８１ａの直径は９．１ｍｍに設定されている。

窓材１１は、円板形状を呈しており、石英ガラス等からなる。窓材１１は、平板状部材８１の内側に位置し、開口８１ａを塞ぐように平板状部材８１における開口８１ａの周辺の内壁（側面）に高融点ガラス１３により接着されている。窓材１１は、その直径が開口８１ａの直径よりも小さく設定されており、厚みは０．５ｍｍに設定されている。平板状部材８１は、窓材１１及び高融点ガラス１３の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有している。

ここで、窓材１１が平板状部材８１の内側に位置するとは、窓材１１の厚み方向に垂直な方向に見て、窓材１１が平板状部材８１の内側、すなわち開口８１ａ内に位置することである。したがって、窓材１１の厚みが平板状部材８１の厚みより大きい場合、あるいは、窓材１１における厚み方向の一部が開口８１ａ内に位置し、残りの部分が平板状部材８１から突出している場合など、窓材１１の厚み方向に見て、窓材１１の全体が平板状部材８１の内側に位置していなくてもよい。

高融点ガラス１３は、窓材１１の融点よりも低い温度で平板状部材８１及び窓材１１に融着する。窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積は、窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されている。第３実施形態においては、窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａでのみ高融点ガラス１３に接触している。

キャップ部材Ｃ７は、上述したキャップ部材Ｃ１と同様に、製造することができる。

まず、予め、高融点ガラス１３を、プレス成型等を用いてリング状に成型しておく。リング状に成型された高融点ガラス１３の内径は、窓材１１の直径よりも大きく、外径は開口８１ａの内径より小さく設定されている。

そして、平板状部材８１、窓材１１及び高融点ガラス１３を、一対のカーボン製の治具で挟み、固定する。このとき、窓材１１及びリング状の高融点ガラス１３は、平板状部材８１の開口８１ａから挿入されて、開口８１ａの内側に位置している。また、窓材１１は、リング状の高融点ガラス１３の内周側に位置している。

そして、治具にて固定した平板状部材８１、高融点ガラス１３及び窓材１１を窓材１１の融点より低く高融点ガラス１３の融点よりも高い温度（本実施形態においては、１０００℃程度）に加熱して、高融点ガラス１３を溶融させる。

その後、常温まで冷却し、高融点ガラスを硬化させて、平板状部材８１の開口８１ａの内壁と窓材１１とを接着、固定する。このとき、平板状部材８１の熱収縮が、窓材１１及び高融点ガラス１３の熱収縮に比べて大きく、平板状部材８１から窓材１１の方向（窓材１１の厚み方向に垂直な方向）に収縮力が作用することとなる。なお、平板状部材８１、高融点ガラス１３及び窓材１１の加熱には、電気炉等を用いることができる。

以上のように、本第４実施形態においては、平板状部材８１と窓材１１とを接着する部材として高融点ガラス１３を用いているので、耐湿性に優れる。

また、本第４実施形態においては、耐湿性に優れた高融点ガラス１３を用いているので、平板状部材８１と窓材１１とを低融点ガラスにより接着したときに必要となる耐湿性を向上するための保護膜が不要となる。これにより、キャップ部材Ｃ７の製造工程が複雑化することなく、低コスト化を図ることができる。

また、本第４実施形態においては、平板状部材８１から窓材１１の方向に収縮力が作用することとなり、平板状部材８１と窓材１１との接着強度が高められる。特に、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積が窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されているので、窓材１１に対し当該窓材１１の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、窓材１１の厚み方向に垂直な方向以外の方向（例えば、窓材１１の厚み方向）から作用する力よりも大きくなり、平板状部材８１と窓材１１との接着強度を効果的に高めることができる。

また、本実施形態において、窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａでのみ高融点ガラス１３に接触している。これにより、窓材１１に対し当該窓材１１の厚み方向に垂直な方向のみから筒体１の収縮力が作用することとなり、筒体１と窓材１１との接着強度を極めて高くすることができる。

また、高融点ガラス１３は、窓材１１の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有している。これにより、窓材１１に対し平板状部材８１の収縮力を窓材１１の厚み方向に垂直な方向から適切に作用させることができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態に係る光半導体装置について説明する。

図１５は、第５実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。光半導体装置ＯＳ３は、光半導体素子としての半導体光検出素子（例えば、フォトダイオード等）９１と、半導体光検出素子９１を収容するパッケージ９３とを有し、光検出装置として機能する。パッケージ９３は、キャップ部材Ｃ７と容器９５とを含んでいる。

容器９５は、セラミックからなる。容器９５の中央部には、キャビティ９７が形成されている。キャビティ９７の底面９７ａには、半導体光検出素子９１が載置、固定されている。底面９７ａより所定高さを有して形成された段部９５ａには、半導体光検出素子９１の電極を外部に取り出すためのボンディングパッド（図示せず）が設けられている。ボンディングパッドは容器９５内に形成された金属層を通って、容器９５の外部に導出されており、この容器９５の外部に導出された部分にはリード（図示せず）がロウ付け等により固着されている。半導体光検出素子９１の電極とボンディングパッドとは、ボンディングワイヤ９９を介して、結線されている。

キャップ部材Ｃ７は、キャビティ９７を覆うように、容器９５の外周部９５ｂの上面に固定されている。キャップ部材Ｃ７（平板状部材８１）と容器９５とは、外周部９５ｂの上面と平板状部材８１との間に配置されたロウ材Ｗを電子ビームの照射等により溶かすことにより固定される。なお、容器９５の外周部９５ｂの上面には、強固にロウ付け固定するために、予めメタライズ処理が施されることが好ましい。このメタライズ処理は、外周部９５ｂ上に、Ｗ（タングステン）層、Ｎｉ（ニッケル）層、Ａｕ（金）層を順次積層することにより行なわれる。窓材１１は、半導体光検出素子９１の光感応領域に対向して設けられる。

上述した光半導体装置ＯＳ３においては、パッケージ９３がキャップ部材Ｃ７を含むことにより、安価で且つ耐湿性に優れており、平板状部材８１と窓材１１との接着強度が効果的に高められている。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態に係る光半導体装置について説明する。

図１６は、第６実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。図１７は、第６実施形態に係る光半導体装置に含まれるキャップ部材を示す平面図である。光半導体装置ＯＳ４は、半導体光検出素子９１と、パッケージ９３とを有し、光検出装置として機能する。パッケージ９３は、キャップ部材Ｃ８と容器９５とを含んでいる。

キャップ部材Ｃ８は、窓枠として機能する平板状部材１０１と、窓材１１とを備える。平板状部材１０１は、金属（例えば、コバール合金（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や鉄等）からなり、中央に円形状を呈した開口１０１ａが形成されている。平板状部材１０１は、図１７にも示されるように、窓材１１が固定される内周部１０１ｂよりも薄肉状に形成された外周部１０１ｃを有している。これにより、内周部１０１ｂと外周部１０１ｃとで段差部１０３が形成されることとなる。

窓材１１は、平板状部材１０１の内側に位置し、開口１０１ａを塞ぐように平板状部材１０１における開口１０１ａの周辺の内壁（側面）に高融点ガラス１３により接着されている。窓材１１は、その直径が開口１０１ａの直径よりも小さく設定されており、厚みは０．５ｍｍに設定されている。平板状部材１０１は、窓材１１及び高融点ガラス１３の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有している。

ここで、窓材１１が平板状部材１０１の内側に位置するとは、窓材１１の厚み方向に垂直な方向に見て、窓材１１が平板状部材１０１の内側、すなわち開口１０１ａ内に位置することである。したがって、窓材１１の厚みが平板状部材１０１の厚みより大きい場合、あるいは、窓材１１における厚み方向の一部が開口１０１ａ内に位置し、残りの部分が平板状部材１０１から突出している場合など、窓材１１の厚み方向に見て、窓材１１の全体が平板状部材１０１の内側に位置していなくてもよい。

高融点ガラス１３は、窓材１１の融点よりも低い温度で平板状部材１０１及び窓材１１に融着する。窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積は、窓材１１における当該窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されている。第６実施形態においては、窓材１１は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａでのみ高融点ガラス１３に接触している。

キャップ部材Ｃ８は、キャビティ９７を覆うように、容器９５の外周部９５ｂの上面に固定されている。キャップ部材Ｃ８（平板状部材１０１の外周部１０１ｃ）と容器９５とは、容器９５の外周部９５ｂの上面と平板状部材１０１の外周部１０１ｃとの間に配置されたロウ材Ｗを電子ビームの照射等により溶かすことにより固定される。

ところで、ロウ材ＷとしてＡｇロウ材を用いる場合、Ａｇロウ材の融点が８００℃と比較的高温であるため、セラミック製の容器９５と金属製の平板状部材１０１との間の熱膨張係数の違いにより応力が発生するこことなる。発生した応力は窓材１１に伝えられ、窓材１１の位置ズレや、窓材１１の脱落、破損等を招く要因となる。しかしながら、本第６実施形態のキャップ部材Ｃ８では、容器９５に固定される外周部１０１ｃと、窓材１１が固定される内周部１０１ｂとの間に段差部１０３が形成されているので、発生した応力は段差部１０３の外側の外周部１０１ｃに集中することとなり、窓材１１に伝わるのが抑制される。

以上のように、本第６実施形態においては、平板状部材１０１と窓材１１とを接着する部材として高融点ガラス１３を用いているので、耐湿性に優れる。

また、本第６実施形態においては、耐湿性に優れた高融点ガラス１３を用いているので、平板状部材１０１と窓材１１とを低融点ガラスにより接着したときに必要となる耐湿性を向上するための保護膜が不要となる。これにより、キャップ部材Ｃ８の製造工程が複雑化することなく、低コスト化を図ることができる。

また、本第６実施形態においては、平板状部材１０１から窓材１１の方向に収縮力が作用することとなり、平板状部材１０１と窓材１１との接着強度が高められる。特に、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積が窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積よりも大きく設定されているので、窓材１１に対し当該窓材１１の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、窓材１１の厚み方向に垂直な方向以外の方向（例えば、窓材１１の厚み方向）から作用する力よりも大きくなり、平板状部材１０１と窓材１１との接着強度を効果的に高めることができる。

また、上述した光半導体装置ＯＳ４においては、パッケージ９３がキャップ部材Ｃ８を含むことにより、安価で且つ耐湿性に優れており、平板状部材１０１と窓材１１との接着強度が効果的に高められている。

続いて、図１８を参照して、第６実施形態に係る光半導体装置（キャップ部材）の変形例について説明する。図１８は、第６実施形態に係る光半導体装置（キャップ部材）の変形例を示す概略断面図である。図１９は、第６実施形態に係る光半導体装置に含まれるキャップ部材の変形例を示す平面図である。

図１８に示された変形例における光半導体装置ＯＳ５のキャップ部材Ｃ９では、図１９にも示されるように、平板状部材１０１の内周部１０１ｂにおける開口１０１ａ（窓材１１）寄りの部分１０１ｄが、窓材１１と同じ厚みとなるように、薄肉状に形成されている。

上述した変形例におけるキャップ部材Ｃ９においても、キャップ部材Ｃ８と同様に、安価で且つ耐湿性に優れており、平板状部材１０１と窓材１１との接着強度を効果的に高めることができる。

なお、第４〜第６実施形態においても、高融点ガラス１３に金属酸化物等からなるフィラーを含ませることにより、平板状部材８１，１０１と窓材１１との接着強度をより一層高めることも可能である。また、キャップ部材Ｃ７〜Ｃ９において平板状部材８１，１０１と窓材１１，２１との接着強度を適切に維持するためには、窓材１１の厚み方向に垂直な面１１ｂと高融点ガラス１３との接触面積は、窓材１１の厚み方向に沿った面１１ａと高融点ガラス１３との接触面積の３０％以下であることが好ましい。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、光半導体装置ＯＳ１，ＯＳ２において、キャップ部材Ｃ１を用いているが、このキャップ部材Ｃ１の代わりにキャップ部材Ｃ２〜Ｃ６のいずれかを用いるようにしてもよい。また、本実施形態においては、高融点ガラス１３が窓材１１，２１の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有しているが、窓材１１，２１の熱膨張係数と同等あるいはそれより小さい熱膨張係数を有していてもよい。

また、第２及び第３実施形態においては、本発明を、発光装置として機能する光半導体装置ＯＳ１と光検出装置として機能する光半導体装置ＯＳ２とに適用しているが、これに限られることなく、発光装置及び光検出装置として機能する他の構成の光半導体装置にも本発明を適用することができる。また、光半導体装置に含まれる光半導体素子は、半導体レーザ４１、フォトダイオード６１に限られることなく、例えば発光ダイオード等を用いてもよい。

また、第５及び第６実施形態においては、本発明を、光検出装置として機能する光半導体装置ＯＳ３〜ＯＳ５に適用しているが、これに限られることなく、光半導体素子として、半導体レーザ、又は発光ダイオード等を用いて発光装置として機能する光半導体装置にも適用することができる。

なお、平板状部材なる用語は、一対の主面が完全に平らである部材のみならず、上述した第６実施形態における平板状部材１０１のように、薄肉状に形成されること等により部分的に厚みが異なる部材も含む。

第１実施形態に係るキャップ部材を示す斜視図である。 第１実施形態に係るキャップ部材を示す平面図である。 第１実施形態に係るキャップ部材を示す概略断面図である。 第１実施形態に係るキャップ部材の製造方法を説明するための模式図である。 第１実施形態に係るキャップ部材の変形例を示す概略断面図である。 第１実施形態に係るキャップ部材の変形例を示す概略断面図である。 第１実施形態に係るキャップ部材の変形例を示す概略断面図である。 第１実施形態に係るキャップ部材の変形例を示す概略断面図である。 第１実施形態に係るキャップ部材の変形例を示す概略断面図である。 第２実施形態に係る光半導体装置を示す斜視図である。 第２実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。 第３実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。 第４実施形態に係るキャップ部材を示す平面図である。 第４実施形態に係るキャップ部材を示す概略断面図である。 第５実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。 第６実施形態に係る光半導体装置を示す概略断面図である。 第６実施形態に係る光半導体装置に含まれるキャップ部材を示す平面図である。 第６実施形態に係る光半導体装置（キャップ部材）の変形例を示す概略断面図である。 第６実施形態に係る光半導体装置に含まれるキャップ部材の変形例を示す平面図である。

符号の説明

１，３１…筒体、３…胴部、３ａ，５ａ…開口、５…頂部、７…基部、１１，２１…窓材、１１ａ，２１ａ…厚み方向に沿った面、１１ｂ，２１ｂ…厚み方向に垂直な面、１３…高融点ガラス、４１…半導体レーザ、４３，６３，９３…パッケージ、６１…フォトダイオード、８１，１０１…平板状部材、８１ａ，１０１ａ…開口、９１…半導体光検出素子、９５…容器、Ｃ１〜Ｃ９…キャップ部材、ＯＳ１〜ＯＳ５…光半導体装置。

Claims (7)

1. 金属からなり、円形状を呈した開口が形成された部材と、
   前記部材の内側に位置し、前記開口を塞ぐようにリング状とされた高融点ガラスにより前記部材に接着されると共に円板形状を呈した窓材と、を備え、
   前記部材は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、
   前記高融点ガラスは、硼硅酸ガラスであり且つ前記窓材の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有すると共に、前記窓材の融点よりも低い温度で前記部材及び前記窓材に融着しており、
   前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定され、
   前記窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、前記窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向から作用する力よりも大きいことを特徴とするキャップ部材。
2. 金属からなる筒体と、
   前記筒体の内側に位置し、リング状とされた高融点ガラスにより前記筒体に当該筒体の円形状を呈した開口を塞ぐように接着されると共に円板形状を呈した窓材と、を備え、
   前記筒体は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、
   前記高融点ガラスは、硼硅酸ガラスであり且つ前記窓材の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有すると共に、前記窓材の融点よりも低い温度で前記筒体及び前記窓材に融着しており、
   前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定され、
   前記窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、前記窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向から作用する力よりも大きいことを特徴とするキャップ部材。
3. 金属からなり、円形状を呈した開口が形成された平板状部材と、
   前記平板状部材の内側に位置し、前記開口を塞ぐようにリング状とされた高融点ガラスにより前記平板状部材に接着されると共に円板形状を呈した窓材と、を備え、
   前記平板状部材は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、
   前記高融点ガラスは、硼硅酸ガラスであり且つ前記窓材の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有すると共に、前記窓材の融点よりも低い温度で前記平板状部材及び前記窓材に融着しており、
   前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定され、
   前記窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、前記窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向から作用する力よりも大きいことを特徴とするキャップ部材。
4. 前記窓材は、前記窓材の厚み方向に沿った前記面でのみ前記高融点ガラスに接触していることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のキャップ部材。
5. パッケージ内に光半導体素子が収容された光半導体装置であって、
   前記パッケージは、
   金属からなる筒体と、
   前記筒体の内側に位置し、リング状とされた高融点ガラスにより前記筒体に当該筒体の円形状を呈した開口を塞ぐように接着されると共に円板形状を呈した窓材と、
   を備えたキャップ部材を含み、
   前記筒体は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、
   前記高融点ガラスは、硼硅酸ガラスであり且つ前記窓材の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有すると共に、前記窓材の融点よりも低い温度で前記筒体及び前記窓材に融着し、
   前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定され、
   前記窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、前記窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向から作用する力よりも大きいことを特徴とする光半導体装置。
6. パッケージ内に光半導体素子が収容された光半導体装置であって、
   前記パッケージは、
   金属からなり、円形状を呈した開口が形成された平板状部材と、
   前記平板状部材の内側に位置し、前記開口を塞ぐようにリング状とされた高融点ガラスにより前記平板状部材に接着されると共に円板形状を呈した窓材と、
   を備えたキャップ部材を含み、
   前記平板状部材は、前記窓材及び前記高融点ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有し、
   前記高融点ガラスは、硼硅酸ガラスであり且つ前記窓材の熱膨張係数より大きい熱膨張係数を有すると共に、前記窓材の融点よりも低い温度で前記平板状部材及び前記窓材に融着し、
   前記窓材における当該窓材の厚み方向に沿った面と前記高融点ガラスとの接触面積が、前記窓材における当該窓材の厚み方向に垂直な面と前記高融点ガラスとの接触面積よりも大きく設定され、
   前記窓材に対し当該窓材の厚み方向に垂直な方向から作用する収縮力が、前記窓材の厚み方向に垂直な方向以外の方向から作用する力よりも大きいことを特徴とする光半導体装置。
7. 前記窓材は、前記窓材の厚み方向に沿った前記面でのみ前記高融点ガラスに接触していることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の光半導体装置。

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