WO2017073538A1 - 光半導体素子パッケージおよび光半導体装置 - Google Patents

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light
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lid
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谷口　雅彦
江頭　秀伸
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京セラ株式会社
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    • H01S5/02415—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling by using a thermo-electric cooler [TEC], e.g. Peltier element

Definitions

  • the present invention relates to an optical semiconductor element package for storing an optical semiconductor element and an optical semiconductor device.
  • An optical semiconductor element typified by LD (LaserDiode: laser diode) and PD (PhotoDiode: photodiode) protects the optical semiconductor element and electrically connects the optical semiconductor element and an external signal wiring. Further, the optical semiconductor element is housed in an optical semiconductor element package for optically connecting the optical semiconductor element and an external optical fiber. The light emitted from the optical semiconductor element is unnecessarily reflected by each member of the optical semiconductor element package and the reflected light may be received by the light receiving element as stray light.
  • LD LaserDiode: laser diode
  • PD PhotoDiode: photodiode
  • the semiconductor light emitting device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-26439 rough processing is applied to the front surface of the base of the semiconductor optical chip, and a light absorption film is provided on the processed surface to suppress return light from becoming stray light.
  • the semiconductor light emitting device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-26439 is provided with a configuration for suppressing stray light on a relatively small surface called a pedestal front, and when the return light does not go to the pedestal front. It is difficult to suppress stray light.
  • the optical semiconductor element package of one embodiment of the present invention includes a base, a frame member, a lid member, and a light absorbing member.
  • the base has a plate shape having a first surface including a placement region on which the optical semiconductor element is placed.
  • the frame member is provided on the first surface so as to surround the placement region.
  • the lid member is joined to the frame member and has a plate shape that covers the placement area.
  • the light absorbing member is a light absorbing member provided on the second surface of the lid member facing the placement area, and a plurality of concave portions are provided on the surface.
  • an optical semiconductor device of one embodiment of the present invention includes the above-described optical semiconductor element package and an optical semiconductor element placed in the placement area.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a part of the lid member 4 and the light absorbing member 5 in an enlarged manner.
  • (a), (b) is a top view for demonstrating the arrangement position of the recessed part 5a in the light absorption member 5 surface. It is sectional drawing which expands and typically shows a part of lid member 4A and light absorption member 5A.
  • (a), (b) is a top view for demonstrating the arrangement position of the recessed part 5a in the light absorption member 5A surface.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an optical semiconductor device 10 including an optical semiconductor element package 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical semiconductor device 10.
  • the optical semiconductor element package 1 includes a base 2, a frame member 3, a lid member 4, and a light absorbing member 5.
  • the optical semiconductor element package 1 houses an optical semiconductor element 11 therein and constitutes an optical semiconductor device 10 having a photoelectric conversion function.
  • the optical semiconductor element 11 housed in the optical semiconductor element package 1 is an LD (laser diode) that is a light emitting element.
  • the base 2 is formed in a rectangular plate shape, and has a placement area 2b on which the optical semiconductor element 11 can be placed on the first surface 2a.
  • the placement region 2 b is a region for placing the optical semiconductor element 11 housed in the optical semiconductor element package 1 and fixing the optical semiconductor element to the surface of the base 2.
  • the substrate 2 of the present embodiment may be manufactured by laminating a plurality of insulating substrates. Then, the optical semiconductor element 11 is placed on the placement area 2 b of the base 2.
  • the insulating substrate include an aluminum oxide sintered body, a mullite sintered body, a silicon carbide sintered body, a ceramic material such as an aluminum nitride sintered body or a silicon nitride sintered body, or a glass ceramic. Materials can be used.
  • a mixing member is prepared by mixing the ceramic powder or glass powder of the above material and the raw material powder containing the ceramic powder, the organic solvent, and the binder.
  • a plurality of ceramic green sheets are produced by forming the mixed member into a sheet.
  • a laminated body is produced by laminating a plurality of produced ceramic green sheets.
  • the base body 2 is produced by firing the laminate at a temperature of about 1600 ° C.
  • the substrate 2 is not limited to a configuration in which a plurality of insulating substrates are stacked.
  • the base body 2 may be composed of one insulating substrate.
  • the base 2 is required to have high insulation at least in the portion of the placement region 2b where the optical semiconductor element 11 is placed. Therefore, for example, an insulating substrate may be stacked on at least the placement region 2b of the metal substrate.
  • the base 2 is preferably configured as described above because the metal member has high heat dissipation. Since the base 2 is configured by laminating an insulating substrate on a metal substrate, the heat dissipation of the base 2 can be enhanced while maintaining the insulation between the metal substrate and the optical semiconductor element 11. Further, the Peltier element may be placed instead of or on the insulating substrate.
  • the metal substrate material include metals such as iron, copper, nickel, chromium, cobalt, molybdenum, and tungsten, or alloys of these metals, such as copper-tungsten alloys, copper-molybdenum alloys, iron- A nickel-cobalt alloy or the like can be used.
  • a metal substrate constituting the substrate 2 can be produced by subjecting such an ingot of a metal material to a metal processing method such as a rolling method or a punching method. On the mounting region 2b of the manufactured metal substrate, an insulating substrate or a Peltier element manufactured separately is bonded with a bonding material such as a brazing material or solder to obtain the base 2.
  • the frame member 3 has a rectangular frame-shaped frame main body 30, a dielectric layer 31 made of a ceramic material provided on the opposite side wall of the frame main body 30, and a connection terminal 32 electrically connected to the optical semiconductor element 11. is doing.
  • the frame body 30 is provided on the first surface 2a of the base body 2 so as to surround the placement region 2b of the base body 2 when viewed from a viewpoint orthogonal to the first surface 2a of the base body 2.
  • the frame body 30 only needs to surround the placement region 2b.
  • the placement region 2b may be in the center portion or in other portions.
  • the base body 2 has a first surface of the base body 2 larger than the frame main body 30 and may have an extending portion as in the present embodiment, and has substantially the same outer shape as the frame main body 30. May be.
  • the frame body 30 is made of a metal material, and for example, a metal member such as iron, copper, nickel, chromium, cobalt, and tungsten similar to the base 2 or an alloy made of these metals can be used.
  • the frame main body 30 made of a metal member can be manufactured by subjecting such an ingot of the metal member to a metal processing method such as a cutting method, a die processing method, or a punching method. Further, a ceramic material may be used as the frame body 30.
  • the frame body 30 may be made of a kind of material, but may have a structure in which a plurality of kinds of materials are laminated.
  • the frame main body 30 is provided with a through hole 30a for transmitting light.
  • the optical signal output from the optical semiconductor element 11 passes through the through hole 30 a and is output to the outside of the optical semiconductor device 10.
  • the input end of the optical fiber may be inserted into the through hole 30a, and the light emitted from the optical semiconductor element 11 may be input to the optical fiber.
  • the input end of the optical fiber is fixed outside the through hole 30a, The light emitted from the optical semiconductor element 11 may be input to an external optical fiber through the through hole 30a.
  • a long hole is formed in the side wall of the frame main body 30, and the dielectric layer 31 is attached to the side wall of the frame main body 30 so as to close the long hole.
  • the dielectric layer 31 may be configured by a single layer or may be configured by stacking a plurality of layers.
  • the connection terminal 32 is provided so as to penetrate the dielectric layer 31 and allows electric signals to be input and output from the frame body 30 to the outside of the frame or from the frame to the frame.
  • connection terminal 32 The first end of the connection terminal 32 is located within the frame, and is electrically connected within the frame to the optical semiconductor element 11 and other electronic components mounted on the mounting region 2b of the base 2.
  • the second end of the connection terminal 32 is located outside the frame and is electrically connected to an external mounting board or the like.
  • the connection terminal 32 is not limited to a structure that is provided between one dielectric layer 31 and penetrates the dielectric layer 31, but may be provided between a plurality of layers using an interlayer connection conductor such as a via conductor. .
  • the dielectric layer 31 is made of a ceramic material similar to the insulating substrate described in the base 2.
  • the connection terminal 32 is made of a metal material such as gold, silver, copper, nickel, tungsten, molybdenum, and manganese.
  • the connection terminal 32 may be formed by simultaneous firing or metal plating on the surface layer or inner layer of the dielectric layer 31 in the form of a metallized layer, a plating layer, or the like. Further, the connection terminal 32 may be connected as a lead terminal connected outside the frame.
  • the lead terminal is manufactured by processing a metal wire into a predetermined shape.
  • the lead terminal may be connected to the plating layer provided on the surface layer of the dielectric layer 31 via a bonding material such as a brazing material.
  • connection terminal 32 is not limited to a metallized layer made of a metal material that can be fired at the same time as the dielectric layer 31 or a plated layer applied to the surface of the metallized layer, but a metal made of iron, nickel, cobalt, chromium, or the like. An alloy is processed into the shape of a predetermined lead terminal.
  • the connection terminal 32 made of a lead terminal is joined to a plating layer provided on the surface of the metallization layer provided on the surface of the dielectric layer 31 with a brazing material.
  • the dielectric layer 31 is made of, for example, an aluminum oxide sintered body, it can be produced as follows. First, a raw material powder of aluminum oxide is formed into a sheet shape together with an appropriate organic binder and an organic solvent to produce a plurality of ceramic green sheets having a rectangular sheet shape. Next, these ceramic green sheets are laminated to produce a laminate. Then, the dielectric layer 31 can be produced by firing this laminated body at a temperature of about 1600 ° C. In addition, the ceramic green sheet does not necessarily need to laminate
  • connection terminal 32 includes, for example, tungsten, and can be manufactured as follows. A screen printing method or the like so that a metal paste produced by mixing tungsten powder with an organic solvent and an organic binder has a predetermined pattern shape on the surface (first surface) of the ceramic green sheet to be the dielectric layer 31. Print by the method. Thereafter, the connection terminals 32 can be formed by a method of simultaneously firing these ceramic green sheets and metal paste.
  • connection terminal 32 when the connection terminal 32 includes an interlayer connection conductor, it can be formed by the same method using the same metal material as described above.
  • an interlayer connection conductor a through-hole penetrating in the thickness direction is provided in advance in a ceramic green sheet to be the dielectric layer 31, and the through-hole is filled with a metal paste, and the ceramic green sheet and the metal paste are What is necessary is just to bake simultaneously.
  • connection between the optical semiconductor element 11 and the connection terminal 32 may be any connection as long as an electrical signal can be transmitted.
  • the electrical connection between the connection terminal 32 located in the frame of the optical semiconductor element 11 and the frame body 30 and the wiring conductor provided on the wiring substrate 14 is performed by bonding wire, flip-chip connection, anisotropic conduction Connection by an electrical connection member (not shown) such as connection by a film (ACF) may be used.
  • the lid member 4 is bonded and fixed to the upper surface of the frame body 30 with a bonding material such as solder.
  • a bonding material such as solder.
  • the optical semiconductor element 11 is mounted on the wiring substrate 14 installed on the mounting region 2 b of the base 2 via the mount member 15, fixed to the base 2, and connected to the optical semiconductor element 11.
  • the terminal 32 is electrically connected via the wiring board 14.
  • an optical fiber is fixed to the through-hole 30a so that an optical signal may be input / output between the optical semiconductor elements 11.
  • the lid member 4 is bonded and fixed to the frame body 30. Joining and fixing of the lid member 4 to the frame body 30 may be performed, for example, by seam welding.
  • the lid member 4 may be any member that can prevent intrusion of moisture or fine particles into the optical semiconductor device 10.
  • a metal material that is the same as that of the frame body 30 or a ceramic material that is the same as that of the dielectric layer 31 is processed and formed into a plate shape.
  • the optical semiconductor element 11 needs to be disposed on the optical axis of the optical fiber. For this reason, the optical semiconductor element 11 is not directly placed on the base 2, and the mount member 15 is fixed to the placement region 2 b of the base 2. And it is good to mount through the wiring board 14 provided in the 3rd surface of this mount member 15, and to be electrically connected.
  • the mount member 15 may be an insulating material or a metal material, and a ceramic material similar to the insulating substrate described in the base 2, a metal material similar to the metal substrate, a Peltier element, or the like can be used.
  • the light receiving element 13 for monitoring the light emitted from the light emitting element is also electrically connected to the wiring substrate 14, similarly to the optical semiconductor element 11.
  • An optical member 12 such as an optical lens is also housed in the optical semiconductor element package 1 in order to collect the light emitted from the light emitting element and input it to the optical fiber.
  • the light emitting element is configured to reflect light generated inside at one end face of the element and emit light in a specific direction from the opposite other end face. By transmitting a part of the light on the one end face that reflects the light, a part of the light can be emitted in a direction opposite to the light emitting direction. A part of the light is received by the light receiving element 13 and the emitted light from the light emitting element is monitored. Therefore, the optical semiconductor element 11, the light receiving element 13, and the optical member 12 that are light emitting elements are arranged side by side on the optical axis of the emitted light of the optical semiconductor element 11, and the light receiving element 13 sandwiches the optical semiconductor element 11. It is provided on the side opposite to the optical member 12.
  • the electrical signal output when the light receiving element 13 receives the emitted light from the light emitting element is output as a monitor signal to the outside of the optical semiconductor element package 1 via the wiring substrate 14, the electrical connection member, and the connection terminal 32.
  • the A control unit provided outside monitors the operation of the light emitting element based on the monitor signal and appropriately changes a current value supplied to the light emitting element.
  • the optical semiconductor element 11 and the light receiving element 13 are mounted on the wiring substrate 14 on the mount member 15 via the electrical connection member such as solder or bonding wire as described above.
  • the electrical connection between the connection terminal 32 and the optical semiconductor element 11 and the electrical connection between the connection terminal 32 and the light receiving element 13 may be direct connection or indirect connection via the wiring board 14. Good.
  • a part of the light emitted from the light emitting element is reflected on the surface of the optical member 12, or a part of the light that has passed through the optical member 12 is reflected on the input end surface of the optical fiber.
  • the stray light may be repeatedly reflected on the inner surface of the frame main body 30, the inner surface of the lid member 4, and the first surface 2 a of the base 2 and may enter the light receiving element 13. If the light receiving element 13 receives light that is different from direct light from the light emitting element, which should be received, an incorrect output due to incorrect light is superimposed on the monitor signal output from the light receiving element 13. It will end up. In this case, the light emitting element controlled by the monitor signal may malfunction.
  • the light absorbing member 5 is provided on the flat inner surface 4a of the lid member 4, that is, the flat surface of the lid member 4 facing the placement region 2b.
  • the lid member 4 of the present embodiment can reduce stray light in the optical semiconductor element package 1.
  • light that causes the noise, which is erroneously received by the light receiving element 13 can be reduced, and malfunction of the optical semiconductor element 11 that occurs when the optical semiconductor device 10 is operated can be suppressed. it can.
  • the light absorbing member 5 is preferably provided over the widest possible range of the inner surface 4a (second surface) of the lid member 4 in order to absorb a large amount of stray light. Further, the thickness should be small so as not to reduce the storage space in the optical semiconductor element package 1. Therefore, the light absorbing member 5 is preferably provided as a layered member on the inner surface 4 a of the lid member 4. A plurality of recesses 5 a are provided on the surface of the layered light absorbing member 5.
  • the layer thickness of the light absorbing member 5 depends on the light absorbing ability of the material constituting the light absorbing member 5, for example, if it is 0.01 mm to 1 mm, stray light directed toward the lid member 4 can be sufficiently absorbed. . If the layer thickness is 0.01 mm or less, stray light may be transmitted through the light absorbing member 5 and the light absorbing ability may not be obtained. If the layer thickness is 1 mm or more, the storage space in the optical semiconductor element package 1 becomes small, so that it is difficult to reduce the size of the optical semiconductor device 10. Furthermore, the thermal stress resulting from the difference in thermal expansion coefficient between the lid member 4 and the light absorbing member 5 increases, and the light absorbing member 5 may be deformed, torn, or peeled off. And there exists a possibility of affecting the sealing performance of the package by the cover member 4, and the performance which absorbs a stray light.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an enlarged part of the lid member 4 and the light absorbing member 5.
  • the light absorption member 5 includes an absorption member main body 50 and a light absorber 51 dispersed in the absorption member main body 50.
  • the absorbent member body 50 is made of, for example, an inorganic material such as glass or an organic material such as a light transmissive resin.
  • the absorbing member main body 50 is made of an inorganic material such as glass
  • the light absorber 51 can be carried on the surface or inside, and is light-transmissive to stray light. Stray light can be reached.
  • a material that does not change in characteristics such as transmittance with respect to light from the light emitting element due to a temperature rise during manufacturing and operation of the optical semiconductor device 10.
  • the glass material made of such an inorganic material include borate glass (B 2 O 3 series, Li 2 O—B 2 O 3 series, Na 2 O—B 2 O 3 series, etc.), phosphates, and the like.
  • Glass Na 2 O—P 2 O 5 system, B 2 O 3 —P 2 O 5 system, etc.
  • tin phosphate glass P 2 O 5 —SnO—ZnO system, etc.
  • borosilicate glass SiO 2 -B 2 O 3 based, SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 based, SiO 2 -B 2 O 3 -Li 2 O system, SiO 2 -B 2 O 3 -Na 2 O -based, SiO 2 - Glass materials such as B 2 O 3 —BaO—Na 2 O type), SiO 2 —BaO—ZnO type, BaO—B 2 O 3 —ZnO type, Bi 2 O 3 —B 2 O 3 —SiO 2 type, etc.
  • the glass material can be used. Among these, it is preferable to use a SiO 2 —BaO—ZnO-based glass material.
  • the absorbing member main body 50 is made of an organic material such as a resin
  • the light absorber 51 can be carried on the surface or inside, like the glass material, and is light transmissive to stray light, and the optical semiconductor device 10 Any material can be used as long as it has no change in characteristics such as transmittance with respect to light from the light-emitting element due to temperature rise during manufacturing and operation.
  • silicone resin, epoxy resin, acrylic resin, or the like can be used.
  • the light absorber 51 may be a material that can absorb light emitted from the light emitting element that becomes stray light and can be dispersed in the material constituting the absorbing member body 50.
  • the absorbing member body 50 is made of an organic material, or when the absorbing member body 50 is made of an inorganic material such as glass, in any case, for example, fine particles of black inorganic pigment can be used as the light absorber 51. .
  • black inorganic pigment examples include carbon pigments such as carbon black, nitride pigments such as titanium black, Cr—Fe—Co, Cu—Co—Mn, Fe—Co—Mn, and Fe—Co—.
  • Metal oxide pigments such as Ni—Cr can be used.
  • Cr—Fe—Co pigments specifically Cr 2 O 3 —FeO—CoO pigments, may be used.
  • the black inorganic pigment is in the form of particles, for example, the average particle diameter is 10 to 200 nm, and preferably 10 to 100 nm.
  • both the absorbing member main body 50 and the light absorber 51 that do not generate gas are preferably made of an inorganic material.
  • the light absorbing member 5 is preferably made of glass and a black inorganic pigment.
  • the surface on which stray light entering the lid member 4 is incident is an inner peripheral surface of the recess 5a and a flat surface excluding the recess 5a.
  • the incident angle of stray light is indefinite, and it cannot be predicted at what angle the light is incident from the surface of the light absorbing member 5.
  • the stray light incident on the inner peripheral surface of the concave portion 5a includes those that enter the light absorbing member 5 as they are and those that are reflected by the inner peripheral surface of the concave portion 5a. The light that has entered the interior reaches the light absorber 51 in the light absorbing member 5 and is incident and absorbed.
  • the reflected light reflected by the inner peripheral surface of the recess 5a has an opportunity to enter again at a different position on the inner peripheral surface of the same recess 5a. That is, a part of the stray light that is reflected by the inner peripheral surface of the concave portion 5 a, reaches the inner peripheral surface of the concave portion 5 a again, enters the light absorbing member 5, and enters the light absorbing member 5 is absorbed by the light absorbing member 5. As it reaches the body 51, it is incident and absorbed.
  • the optical semiconductor device 10 can efficiently reduce stray light in the optical semiconductor element package 1. And the optical semiconductor element package 1 and the optical semiconductor device 10 with high operation reliability and long-term reliability can be provided.
  • FIG. 4 is a view of the inner surface 4a of the lid member 4 as viewed from a position orthogonal to the inner surface 4a (second surface), and is a plan view for explaining the arrangement position of the recess 5a on the surface of the light absorbing member 5.
  • FIG. is there.
  • FIG. 4A shows an example in which the concave portions 5a are arranged in a rectangular lattice shape
  • FIG. 4B shows an example in which the concave portions 5a are arranged in an oblique lattice shape.
  • the opening shape of the recess 5a may be any of a circle including a triangle, a rectangle, a polygon, or an ellipse, but a circle or an ellipse is preferable.
  • the direction in which stray light is incident on the surface of the light absorbing member 5 is indefinite, and the angle at which the stray light enters the surface from the surface of the light absorbing member 5 cannot be predicted. For this reason, since the opening shape is circular, the stray light enters the inner peripheral surface of the concave portion 5a in the same way no matter what direction the light enters. Thereby, the dispersion
  • the diameter D1 of the circular opening is, for example, 0.2 mm to 1 mm.
  • S / S0 which is the ratio of the opening area S of all the recesses 5a to the area S0 is, for example, 0.1 to 0.6. It is good to do.
  • the stray light that reaches the light absorbing member 5 is easily incident on the concave portion 5a, so that the practical light absorbing member 5 can be obtained. If the ratio of the opening area is larger than 0.6, the thickness of the light absorbing member 5 between the recesses 5a becomes thin, the mechanical strength of this portion becomes weak, and cracks due to thermal stress are generated in the light absorbing member 5. It tends to occur.
  • the diameter D1 of the circular opening is preferably D1 ⁇ H1 ⁇ 2 when the depth of the recess 5a is H1.
  • the depth H1 is shallower than 0.1 mm
  • the opening diameter is 1 mm
  • the depth H1 is shallower than 0.5 mm.
  • the vertical and horizontal lengths of the rectangular lattice that is, the pitch P1 that is the distance between the vertical centers of the concave portions 5a and the horizontal center.
  • the pitch P2 which is the distance, for example, P1 is 0.3 mm to 2 mm, and P2 is 0.3 mm to 2 mm.
  • P1 and P2 may be large.
  • the length of one side of the rhombic lattice that is, the pitches P3 and P4 in the oblique direction of the concave portions 5a, for example, P3 is 0. .3 mm to 2 mm, and P4 is 0.3 mm to 2 mm.
  • the absorbing member body 50 is glass
  • the light absorber 51 is black inorganic pigment powder.
  • a mixed paste is prepared by mixing raw material powder containing glass powder and black inorganic pigment powder of the above materials, an organic solvent, and a binder.
  • a layered pattern is formed by printing on the inner surface 4a of the lid member 4 prepared in advance from this mixed paste. Using a mold in which convex portions are arranged in a rectangular lattice shape or an oblique lattice shape, concave portions are formed in the printed layered pattern.
  • the lid member 4 on which the layered pattern with the concave portions is printed is baked at a temperature of about 800 to 1000 ° C. to disperse the black inorganic pigment in the glass, thereby producing the light absorbing member 5 provided with the concave portions 5a. Is done.
  • the recess 5a may be formed by stamping the mold while the glass is softened.
  • FIG. 5 is a sectional view schematically showing a part of the lid member 4A and the light absorbing member 5A in an enlarged manner.
  • the light-absorbing member 5A is provided with a lid surface recess 4b on the inner surface 4Aa of the lid member 4A, that is, the surface (second surface) of the lid member 4A that faces the placement region 2b.
  • a concave portion 5a is provided on the surface of the light absorbing member 5A as in the above embodiment.
  • the light absorbing member 5 ⁇ / b> A is configured to include the absorbing member main body 50 and the light absorber 51 dispersed in the absorbing member main body 50, as in the above embodiment.
  • the lid member 4A when the lid member 4A is viewed from a viewpoint orthogonal to the inner surface 4Aa, the plurality of concave portions 5a provided in the light absorbing member 5A and the plurality of lid surface concave portions 4b provided in the lid member 4A. Are provided at corresponding positions, that is, at the same position.
  • the thickness of the light absorbing member 5 is thin at the location where the recess 5a is provided, and thick at the location where the recess 5a is not provided. And the thickness is not constant. In this case, there are few light absorption members 51 in a thin part, and the stray light which advances the inside of the light absorption member 5 is hard to be fully absorbed by the light absorber 51. Then, the light is reflected by the inner surface 4 a of the lid member 4 and is easily radiated from the surface of the light absorbing member 5 into the optical semiconductor device 10 again.
  • the thickness of the light absorbing member 5A is not reduced but is constant.
  • the light absorption effect can be made uniform even at the location where the recess 5a is provided.
  • 5 A of light absorption members can be made hard to peel.
  • the light absorbing member 5 may be provided so that the thickness of the portion where the lid surface recess 4b is provided is thicker than the location where the lid surface recess 4b is not provided. Thereby, the stray light incident on the light absorbing member 5 and the stray light reflected on the inner peripheral surface of the lid surface recess 4b are easily absorbed by the light absorber 51 provided inside the lid surface recess 4b. Furthermore, when part of the stray light incident on the light absorbing member 5A reaches the inner peripheral surface of the lid surface recess 4b, reflection is repeated on the inner peripheral surface of the lid surface recess 4b, and light absorption in the lid surface recess 4b is performed. The possibility of being attenuated by the body 51 increases. Thereby, the optical semiconductor device 10 of this embodiment prevents stray light traveling inside the light absorbing member 5 ⁇ / b> A from being emitted into the optical semiconductor device 10, and is easily absorbed by the light absorber 51.
  • FIG. 6 is a plan view for explaining the arrangement positions of the recesses 5a on the surface of the light absorbing member 5A.
  • FIG. 6A shows an example in which the concave portions 5a are arranged in a rectangular lattice shape
  • FIG. 6B shows an example in which the concave portions 5a are arranged in an oblique lattice shape.
  • the pitches P1 and P2 when the recesses 5a are provided may be determined in the same manner as described in the embodiment shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).
  • the arrangement positions of the recesses 5a are the same as those in the above-described embodiment shown in FIG. 4, and are arranged, for example, in a rectangular lattice shape or an oblique lattice shape.
  • the diameter D1 of this circular opening is, for example, 0.2 mm to 1 mm.
  • the pitches P1 and P2 are also 0.3 mm to 2 mm as in the above embodiment.
  • the diameter D2 of the lid surface recess 4b provided in the lid member 4A is equal to or slightly larger than the diameter D1 of the opening, for example, 0.2 mm to 1.2 mm.
  • the diameter D2 of the lid surface recess 4b is preferably D1 ⁇ H2 ⁇ 2 when the depth of the lid surface recess 4b is H2.
  • the depth H2 of the lid surface recess 4b is preferably 0.1 mm to 0.6 mm.
  • the absorbing member body 50 is glass
  • the light absorber 51 is black inorganic pigment powder.
  • the lid surface concave portion 4b is provided using a mold in which convex portions are arranged in a rectangular lattice shape or an oblique lattice shape.
  • a mixed paste is prepared by mixing a raw material powder containing the glass powder and black inorganic pigment powder of the above materials, an organic solvent, and a binder.
  • the position corresponding to the lid surface recess 4b of the layered pattern is recessed, appear.
  • the lid member 4 on which the layered pattern is printed is baked at a temperature of about 800 to 1000 ° C., whereby the black inorganic pigment is dispersed in the glass, and the light absorbing member 5A provided with the recesses 5a is produced.
  • the optical semiconductor device 10 has a configuration in which a light emitting element is housed as the optical semiconductor element 11.
  • the optical semiconductor device of the present invention is not limited to this, and a PD (photodiode) that is a light receiving element is used as the optical semiconductor element 11.
  • a housed configuration may be used.
  • the optical semiconductor element 11 is a light receiving element
  • the optical member 12 such as an optical lens is used to collect the light emitted from the optical fiber fixed in the through hole 30a of the frame body 30 and enter the light receiving element. Is also housed in the optical semiconductor device package 1.
  • the light receiving element 13 for monitoring is unnecessary.
  • the light receiving element which is the optical semiconductor element 11 receives the light emitted from the optical fiber and outputs an electrical signal corresponding to the amount of light received. This electrical signal is output to the outside through the wiring board 14, the electrical connection member, and the connection terminal 32.
  • the external control unit executes processing according to the electrical signal output from the optical semiconductor device.
  • the optical member 12 It is sufficient that all the light emitted from the optical fiber passes through the optical member 12 and enters the light receiving element. However, a part of the light is reflected on the surface of the optical member 12 or one of the light that has passed through the optical member 12. Reflected without entering the light receiving element. Then, part of the reflected light may be reflected on the surface of the wiring substrate 14, and stray light may be generated in the optical semiconductor element package 1. This stray light is reflected by the inner surface of the frame body 30, the inner surfaces of the lid members 4, 4 ⁇ / b> A, and the first surface 2 a of the base 2. Among the reflected light, there is light incident on the light receiving element, which is the optical semiconductor element 11, and rides on the electric signal output from the light receiving element as noise.
  • the light absorbing member 5 provided with the recess 5a on the inner surfaces 4a and 4Aa of the lid members 4 and 4A as described above, stray light traveling toward the lid members 4 and 4A can be absorbed. Light that is mistakenly received can be reduced. The output from the optical semiconductor device that houses the light receiving element as the optical semiconductor element 11 can be stabilized.
  • the light absorbing members 5 and 5A are provided on the inner surfaces 4a and 4Aa of the lid members 4 and 4A.
  • the present invention is not limited to this, and a part of the lid members 4 and 4A, for example, the frame main body 30 is joined.
  • the central part excluding the peripheral part to be performed may have the same function as the light absorbing member 5.

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Abstract

本発明の光半導体素子パッケージは、基体と枠部材と蓋部材とを備え、蓋部材の内面に光吸収部材を設けている。基体は、光半導体素子が載置される載置領域を含む第１の面を有する板状である。枠部材は、載置領域を囲むように前記第１の面に設けられる。蓋部材は、枠部材に接合され、載置領域を覆う板状である。光吸収部材は、蓋部材の、載置領域に臨む第２の面に設けられる光吸収部材であって、表面に複数の凹部が設けられている。

Description

光半導体素子パッケージおよび光半導体装置
　本発明は、光半導体素子を収納する光半導体素子パッケージおよび光半導体装置に関する。
　ＬＤ（LaserDiode：レーザダイオード）、ＰＤ（PhotoDiode：フォトダイオード）に代表される光半導体素子は、光半導体素子を保護するとともに、光半導体素子と外部の信号配線とを電気的に接続するために、また、光半導体素子と外部の光ファイバとを光接続するために光半導体素子パッケージに収納される。光半導体素子から出射された光は、光半導体素子パッケージの各部材などで不要に反射され、反射された光が迷光として受光素子で受光されてしまうおそれがある。
　特開２００２－２６４３９号公報記載の半導体発光素子は、半導体光チップの台座正面に粗目加工を施し、その加工面に光吸収膜を設け、戻り光が迷光となることを抑制している。また、特開２００２－２６４３９号公報記載の半導体発光素子は、台座正面という比較的小さな面に迷光抑制のための構成が設けられているだけで、戻り光が台座正面に向かわなかった場合には、迷光を抑制することが難しい。
　本発明の一態様の光半導体素子パッケージは、基体と、枠部材と、蓋部材と、光吸収部材とを備えている。基体は、光半導体素子が載置される載置領域を含む第１の面を有する板状である。枠部材は、載置領域を囲むように前記第１の面に設けられる。蓋部材は、枠部材に接合され、載置領域を覆う板状である。光吸収部材は、蓋部材の、載置領域に臨む第２の面に設けられる光吸収部材であって、表面に複数の凹部が設けられている。
　また、本発明の一態様の光半導体装置は、上記の光半導体素子パッケージと、前記載置領域に載置された光半導体素子と、を備える。
本発明の実施形態である光半導体素子パッケージ１を備える光半導体装置１０の構成を示す概略図である。 (ａ)，（ｂ）は光半導体装置１０の断面図である。 蓋部材４および光吸収部材５の一部を拡大して模式的に示す断面図である。 (ａ)，（ｂ）は光吸収部材５表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。 蓋部材４Ａおよび光吸収部材５Ａの一部を拡大して模式的に示す断面図である。 (ａ)，（ｂ）は光吸収部材５Ａ表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。
　図１は、本発明の実施形態である光半導体素子パッケージ１を備える光半導体装置１０の構成を示す概略図である。図２は、光半導体装置１０の断面図である。
　光半導体素子パッケージ１は、基体２と枠部材３と蓋部材４と光吸収部材５とを備える。光半導体素子パッケージ１は、その内部に光半導体素子１１を収納し、光電変換機能を有する光半導体装置１０を構成するものである。本実施形態では、光半導体素子パッケージ１に収納される光半導体素子１１は、発光素子であるＬＤ（レーザダイオード）である。
　基体２は、矩形板状に形成されており、第１の面２ａに光半導体素子１１を載置可能な載置領域２ｂを有している。この載置領域２ｂは、光半導体素子パッケージ１に収納される光半導体素子１１を載置し、光半導体素子を基体２の表面に固定するための領域である。
　本実施形態の基体２は、複数の絶縁性基板を積層することにより作製されてもよい。そして、基体２の載置領域２ｂ上に光半導体素子１１が載置される。絶縁性基板としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料を用いることができる。
　基体２の作製方法の一例を説明する。上記材料のセラミック粉末またはガラス粉末およびセラミック粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合部材を作製する。この混合部材をシート状に成形することにより複数のセラミックグリーンシートを作製する。作製された複数のセラミックグリーンシートを積層することにより積層体を作製する。積層体を約１６００℃の温度で焼成することにより基体２が作製される。
　なお、基体２としては、複数の絶縁性基板が積層された構成に限られるものではない。一つの絶縁性基板により基体２が構成されていてもよい。また、基体２として、少なくとも光半導体素子１１が載置される載置領域２ｂの部分に高い絶縁性を有していることが求められる。このことから、例えば、金属基板の少なくとも載置領域２ｂ上に絶縁性基板を積層した構成としてもよい。特に、基体２に対して高い放熱性が求められる場合、金属部材は高い放熱性を有していることから、基体２がこのような構成であることがよい。基体２は、金属基板上に絶縁性基板を積層した構成とされることで、金属基板と光半導体素子１１との絶縁性を保ちつつ基体２の放熱性を高めることができる。また、ペルチェ素子を絶縁性基板に代えてまたは絶縁性基板上に載置してもよい。
　金属基板の材料としては、具体的には、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデンまたはタングステンのような金属、あるいはこれらの金属の合金、たとえば銅－タングステン合金、銅－モリブデン合金、鉄－ニッケル－コバルト合金などを用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって基体２を構成する金属基板を作製することができる。作製した金属基板の載置領域２ｂ上に、別途作製した絶縁性基板またはペルチェ素子等をろう材や半田などの接合材で接合して基体２を得る。
　枠部材３は、矩形枠状の枠本体３０と、枠本体３０の対向する側壁に設けられるセラミックス材料からなる誘電体層３１と、光半導体素子１１と電気的に接続する接続端子３２とを有している。枠本体３０は、基体２の第１の面２ａに直交する視点から視たときに基体２の載置領域２ｂを取り囲んで基体２の第１の面２ａに設けられている。枠本体３０は、載置領域２ｂを取り囲んでいればよい。枠本体３０の内側において、載置領域２ｂは、中央部分にあってもよく、その他の部分にあってもよい。また、基体２は、本実施形態のように、基体２の第１の面が枠本体３０よりも大きく、延出する部分があってもよく、枠本体３０とほぼ同じ外形状を有していてもよい。
　枠本体３０は、金属材料からなり、例えば、基体２と同様の鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトおよびタングステンのような金属部材、あるいはこれらの金属からなる合金を用いることができる。このような金属部材のインゴットに切削加工法、金型加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって金属部材からなる枠本体３０を作製することができる。また、枠本体３０としてセラミック材料を用いてもよい。また、枠本体３０は、一種の材料からなっていてもよいが、複数種の材料が積層された構造であってもよい。
　本実施形態では、光半導体素子１１を用いるため、枠本体３０には、光が透過するための貫通孔３０ａが設けられている。光半導体素子１１が出力する光信号は、貫通孔３０ａを透過して光半導体装置１０の外部に出力される。貫通孔３０ａに光ファイバの入力端部を挿通し、光半導体素子１１から出射される光を光ファイバに入力してもよく、光ファイバの入力端部を貫通孔３０ａの外方で固定し、光半導体素子１１から出射される光を、貫通孔３０ａを透過させて外部の光ファイバに入力してもよい。
　枠本体３０の側壁には長孔が形成され、この長孔を塞ぐように誘電体層３１が枠本体３０の側壁に取り付けられる。誘電体層３１は、１つの層で構成されていてもよく、複数の層が積層されて構成されていてもよい。接続端子３２は、誘電体層３１を貫通するように設けられ、枠本体３０の枠内から枠外へまたは枠外から枠内へと電気信号を入出力させる。
　接続端子３２の第１端部は枠内に位置し、基体２の載置領域２ｂに載置された光半導体素子１１やその他の電子部品等と枠内で電気的に接続される。接続端子３２の第２端部は、枠外に位置し、外部の実装基板などと電気的に接続される。接続端子３２は、誘電体層３１の１つの層間に設けられて誘電体層３１を貫通する構成に限らず、ビア導体などの層間接続導体などを用いて複数の層間にわたって設けられていてもよい。
　誘電体層３１は、基体２で説明した絶縁性基板と同様のセラミック材料から構成される。接続端子３２は、金、銀、銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびマンガンなどの金属材料からなる。接続端子３２は、誘電体層３１の表層または内層にメタライズ層やめっき層等の形態で同時焼成されたり、金属めっきされてなるものでもよい。また、接続端子３２は、枠外に接続されたリード端子として接続されたものでもよい。リード端子は、金属材料の線材が所定の形状に加工されて作製されたものである。そして、リード端子は、誘電体層３１の表層に設けられためっき層にろう材等の接合材を介して接合されて接続されていてもよい。
　接続端子３２は、例えば誘電体層３１との同時焼成が可能な金属材料からなるメタライズ層や、メタライズ層の表面に施されためっき層に限らず、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属合金が所定のリード端子の形状に加工されたものである。そして、リード端子からなる接続端子３２は、誘電体層３１の表層に設けられたメタライズ層の表面に施されためっき層にろう材で接合される。
　誘電体層３１が、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製することができる。まず酸化アルミニウムの原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形して矩形シート状の複数のセラミックグリーンシートを作製する。次にこれらのセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を約１６００℃の温度で焼成することによって誘電体層３１を作製することができる。なお、セラミックグリーンシートは必ずしも複数層を積層する必要はない。誘電体層３１は、誘電体層３１としての機械的な強度等の点で支障がなければ、セラミックグリーンシート１層のみで作製しても構わない。
　また、誘電体層３１が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合は、接続端子３２は、例えばタングステンを含んでなり、次のようにして作製することができる。タングステンの粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体層３１となるセラミックグリーンシートの表面（第１の面）に、所定のパターン形状となるように、スクリーン印刷法等の方法で印刷する。その後、これらのセラミックグリーンシートおよび金属ペーストを同時焼成する方法で、接続端子３２を形成することができる。
　また、接続端子３２が層間接続導体を含む場合も、上記と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。層間接続導体の場合には、予め誘電体層３１となるセラミックグリーンシートに厚み方向に貫通する貫通孔を設けておいて、この貫通孔内に金属ペーストを充填し、セラミックグリーンシートおよび金属ペーストを同時焼成すればよい。
　光半導体素子１１と接続端子３２との接続は、電気信号が伝送できればどのような接続でもよい。例えば、光半導体素子１１および枠本体３０の枠内に位置する接続端子３２と配線基板１４に設けられた配線導体との電気的な接続は、ボンディングワイヤによる接続、フリップチップ接続、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）による接続などの電気接続部材（図示せず）による接続であってもよい。
　蓋部材４は、枠本体３０の上面に半田などの接合材によって接合固定される。光半導体装置１０を組み立てる場合、基体２の載置領域２ｂ上にマウント部材１５を介して設置された配線基板１４に光半導体素子１１を実装して基体２に固定し、光半導体素子１１と接続端子３２とを配線基板１４を介して電気的に接続する。そして、光半導体素子１１との間で光信号が入出力されるように光ファイバを貫通孔３０ａに固定する。その後、蓋部材４を枠本体３０に接合固定する。蓋部材４の枠本体３０への接合固定は、たとえばシーム溶接などによって行なってもよい。
　蓋部材４は、光半導体装置１０の内部に水分や微粒子などの侵入を防止できるものであればよい。例えば、枠本体３０と同様の金属材料や誘電体層３１と同様のセラミックス材料などを板状に加工、成形したものを用いることができる。
　ここで、光半導体素子１１は、光ファイバの光軸上に配置する必要がある。このため、基体２に光半導体素子１１を直接載置せず、マウント部材１５を基体２の載置領域２ｂに固定する。そして、このマウント部材１５の第３の面に設けられた配線基板１４を介して載置し、電気的に接続さることがよい。マウント部材１５は、絶縁性を有する材料や金属材料であってもよく、基体２で説明した絶縁性基板と同様のセラミックス材料や金属基板と同様の金属材料、ペルチェ素子などを用いることができる。
　本実施形態のように光半導体素子１１が発光素子である場合、発光素子から出射される光をモニターするための受光素子１３も光半導体素子１１と同様に配線基板１４に電気的に接続され、光半導体素子パッケージ１内に収納される。また、発光素子から出射される光を集光して光ファイバに入力するために光学レンズなどの光学部材１２も光半導体素子パッケージ１内に収納される。
　発光素子は、内部で発生した光を素子の一端面で反射させて対向する他端面から特定の方向に光を出射するように構成されている。光を反射させる一端面において一部の光を透過させることによって、光の出射方向とは反対の方向に一部の光を出射させることができる。この一部の光を受光素子１３によって受光させ、発光素子からの出射光をモニターしている。したがって、発光素子である光半導体素子１１と受光素子１３と光学部材１２とは、光半導体素子１１の出射光の光軸上に並んで配置され、受光素子１３は、光半導体素子１１を挟んで光学部材１２とは反対側に設けられる。
　受光素子１３が発光素子からの出射光を受光することにより出力される電気信号は、モニター信号として、配線基板１４、電気接続部材および接続端子３２を介して光半導体素子パッケージ１の外部に出力される。外部に設けられた制御部は、モニター信号に基づき発光素子の動作を監視し、発光素子に供給する電流値などを適宜変更する。本実施形態では、光半導体素子１１と受光素子１３とは、上記のように半田やボンディングワイヤ等の電気接続部材を介してマウント部材１５上の配線基板１４に実装されている。接続端子３２と光半導体素子１１との電気的接続、および接続端子３２と受光素子１３との電気的接続は、直接的な接続でもよく、配線基板１４を介した間接的な接続であってもよい。
　発光素子から出射された光は、一部の光が光学部材１２の表面で反射したり、光学部材１２を通過した光の一部が光ファイバの入力端部表面で反射したりして、いわゆる迷光となる場合がある。この迷光は、例えば枠本体３０の内面、蓋部材４の内面、基体２の一方第１の面２ａで反射を繰り返し、受光素子１３に入射する場合がある。受光素子１３が、本来受光すべき、発光素子からの直接の光とは異なる光を受光してしまうと、受光素子１３から出力されるモニター信号に誤った光による、誤った出力が重畳されてしまうことになる。この場合には、モニター信号によって制御される発光素子を誤動作させてしまう虞がある。
　本実施形態の光半導体素子パッケージ１は、蓋部材４の平坦な内面４ａ、すなわち蓋部材４の、載置領域２ｂに臨む平坦面に光吸収部材５を設けている。光吸収部材５を設けることにより、光学部材１２の表面や光ファイバの入力端部表面、枠本体３０の内面や基体２の第１の面２ａなどで反射を繰り返しながら蓋部材４に向かう迷光を吸収することができる。その結果、本実施形態の蓋部材４は、光半導体素子パッケージ１内の迷光を低減することができる。これによって、例えば、受光素子１３が誤って受光してしまう、ノイズの原因となる光を低減することができ、光半導体装置１０を作動する際に生じる光半導体素子１１の誤動作を抑制することができる。
　光吸収部材５は、多くの迷光を吸収するために、蓋部材４の内面４ａ（第２の面）のなるべく広い範囲にわたって設けることがよい。また、光半導体素子パッケージ１内の収納空間を縮小しないように、厚みは薄いほうがよい。したがって、光吸収部材５は、蓋部材４の内面４ａに層状の部材として設けられることがよい。また、この層状の光吸収部材５の表面には複数の凹部５ａが設けられている。
　光吸収部材５の層厚みは、光吸収部材５を構成する材料の光吸収能力にもよるが、例えば０．０１ｍｍ～１ｍｍであれば、蓋部材４に向かう迷光を十分に吸収することができる。層厚みが０．０１ｍｍ以下だと薄過ぎて迷光が光吸収部材５を透過してしまい、光吸収能力が得られない可能性がある。層厚みが１ｍｍ以上だと光半導体素子パッケージ１内の収納空間が小さくなることから、光半導体装置１０の小型化が困難となる。さらに、蓋部材４と光吸収部材５との間の熱膨張係数差に起因した熱応力が大きくなり、光吸収部材５が変形したり、裂けたり、剥離したりするおそれが生じる。そして、蓋部材４によるパッケージの封止性能や迷光を吸収する性能に影響を与えるおそれがある。
　図３は、蓋部材４および光吸収部材５の一部を拡大して模式的に示す断面図である。光吸収部材５は、吸収部材本体５０と、この吸収部材本体５０に分散された光吸収体５１とを含んで構成される。吸収部材本体５０は、例えば、ガラス等の無機材料または光透過性の樹脂等の有機材料からなる。
　吸収部材本体５０がガラス等の無機材料からなる場合には、光吸収体５１を表面または内部に担持可能で、迷光に対して光透過性であることがよく、分散された黒色無機顔料５１に迷光を到達させることができる。また、光半導体装置１０の製造時および動作時などの温度上昇によって、発光素子からの光に対する透過率などの特性の変化が無い材料を用いることがよい。このような無機材料からなるガラス材としては、例えば、ホウ酸塩ガラス（Ｂ２Ｏ３系、Ｌｉ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３系、Ｎａ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３系等）、リン酸塩ガラス（Ｎａ２Ｏ－Ｐ２Ｏ５系、Ｂ２Ｏ３－Ｐ２Ｏ５系等）やリン酸スズ亜鉛ガラス（Ｐ２Ｏ５－ＳｎＯ－ＺｎＯ系等）や、ホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－Ｌｉ２Ｏ系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－Ｎａ２Ｏ系、ＳｉＯ２－Ｂ２Ｏ３－ＢａＯ－Ｎａ２Ｏ系等）等のガラス材、ＳｉＯ２－ＢａＯ－ＺｎＯ系、ＢａＯ－Ｂ２Ｏ３－ＺｎＯ系、Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３－ＳｉＯ２系などのガラス材を用いることができる。これらの中でもＳｉＯ２－ＢａＯ－ＺｎＯ系ガラス材を用いることがよい。
　吸収部材本体５０が樹脂等の有機材料からなる場合には、ガラス材と同じく、光吸収体５１を表面または内部に担持可能で、迷光に対して光透過性であって、光半導体装置１０の製造時および動作時などの温度上昇によって、発光素子からの光に対する透過率などの特性の変化が無い材料であればよく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を用いることができる。
　光吸収体５１は、迷光となる発光素子から出射された光を吸収可能な材料であって、吸収部材本体５０を構成する材料内に分散可能なものであればよい。吸収部材本体５０が有機材料からなる場合、または、吸収部材本体５０がガラス等の無機材料からなる場合、何れの場合も光吸収体５１として、例えば、黒色無機顔料の微粒子等を用いることができる。
　黒色無機顔料としては、例えば、カーボンブラックなどの炭素系顔料、チタンブラックなどの窒化物系顔料、Ｃｒ－Ｆｅ－Ｃｏ系、Ｃｕ－Ｃｏ－Ｍｎ系、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｍｎ系、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｎｉ－Ｃｒ系等の金属酸化物系顔料などを用いることができる。これらの中でもＣｒ－Ｆｅ－Ｃｏ系顔料、具体的にはＣｒ２Ｏ３－ＦｅＯ－ＣｏＯ系顔料を用いることがよい。黒色無機顔料は、粒子状であり、例えば、平均粒子径が、１０～２００ｎｍであり、１０～１００ｎｍであるのがよい。
　吸収部材本体５０が有機材料からなる場合、半導体素子の動作時に発生するジュール熱によって、有機材料の一部が分解してガス化したり、含有される低沸点成分がガス化することがある。ガス化によって生じた成分が光半導体素子１１や受光素子１３、光学部材１２などに付着すると、素子や部材における光の透過率などの特性変化を引き起こし、素子や部材の特性劣化や、光学部材１２を介した光半導体素子１１と光ファイバとの光結合効率の低下、光半導体素子１１や受光素子１３の誤動作などの原因となる。したがって、ガスが生じない吸収部材本体５０と光吸収体５１とは、いずれも無機材料からなることがよい。例えば、上記のように光吸収部材５が、ガラスと黒色無機顔料とからなることがよい。
　層状に設けられた光吸収部材５の表面に複数の凹部５ａが設けられることにより、蓋部材４に向かう迷光が入射する面は、凹部５ａの内周面と、凹部５ａを除いた平坦面となる。迷光の入射角は不定であり、どのような角度で光吸収部材５の表面から内部に入射されるか予測できないものである。このため、凹部５ａの内周面に入射する迷光には、光吸収部材５の内部にそのまま入射されて進入するものと、凹部５ａの内周面で反射されるものとがある。内部に進入した光は、光吸収部材５内で光吸収体５１に到達するとともに入射して吸収される。
　凹部５ａの内周面で反射された反射光は、同じ凹部５ａの内周面の異なる位置において再度入射する機会が生じる。即ち、凹部５ａの内周面で反射され、再度、凹部５ａの内周
面に到達し、光吸収部材５の内部に入射されて進入した迷光の一部は、光吸収部材５内で光吸収体５１に到達するとともに入射して吸収される。このように、光吸収部材５の表面に複数の凹部５ａが設けられていることにより、迷光が凹部５ａから光吸収部材５の内部に入射されて進入する可能性が高くなり、光吸収体５１に吸収される機会が増加する。したがって、蓋部材４は、光吸収部材５による迷光の吸収量が増加する。このように、凹部５ａに入射した迷光は、光吸収体５１に吸収される機会が増加する。
　これにより、光半導体装置１０は、光半導体素子パッケージ１内の迷光を効率的に低減することができる。そして、動作信頼性および長期信頼性の高い光半導体素子パッケージ１および光半導体装置１０を提供することができる。
　図４は、蓋部材４の内面４ａを内面４ａ（第２の面）に直交する位置から見た図であり、光吸収部材５表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。図４（ａ）は、凹部５ａを矩形格子状に配設した例を示し、図４（ｂ）は、凹部５ａを斜方格子状に配設した例を示す。
　凹部５ａの開口形状は、三角形、矩形、多角形または楕円形を含む円形のいずれであってもよいが、円形または楕円形がよい。光吸収部材５の表面に対して迷光が入射する方向は不定であり、どのような角度で光吸収部材５の表面から内部に入射されるか予測できないものである。このため、開口形状が円形であることで、迷光がどのような方向から入射しても凹部５ａの内周面には同じように入射する。これにより、迷光が入射する方向に依存する、光吸収部材５の迷光の吸収量のばらつきが生じず、蓋部材４は、安定して迷光を吸収することができる。
　さらに、円形または楕円形の場合、内周面に角が無いので、蓋部材４と光吸収部材５との間の熱膨張係数差に起因した熱応力が凹部５ａの一部内周面に集中することを抑制できる。その結果、凹部５ａの一部に熱応力が集中することに起因するクラックが光吸収部材５に生じるのを抑制することができる。
　凹部５ａの開口形状が円形状である場合、この円形開口の直径Ｄ１は、例えば、０．２ｍｍ～１ｍｍである。また、各凹部５ａの開口面積をｓとし、凹部５ａの個数をｎとしたとき、全凹部５ａの開口面積ＳはＳ＝ｓ×ｎで表される。光吸収部材５の表面を平坦面としたときの表面の面積をＳ０とすると、面積Ｓ０に対する全凹部５ａの開口面積Ｓの割合であるＳ／Ｓ０が、例えば、０．１～０．６とすることがよい。
　これにより、光吸収部材５に到達する迷光は、凹部５ａに入射されやすく、実用的な光吸収部材５とできる。開口面積の割合を０．６よりも大きくすると、凹部５ａ間の光吸収部材５の肉厚が薄くなり、この部分の機械的強度が弱くなり、熱応力に起因するクラックが光吸収部材５に生じやすい傾向がある。
　さらに、円形開口の直径Ｄ１は、凹部５ａの深さをＨ１とする場合、Ｄ１≧Ｈ１×２であることがよい。例えば、凹部５ａの開口直径Ｄ１が０．２ｍｍの場合、深さＨ１は、０．１ｍｍより浅く、開口直径が１ｍｍの場合、深さＨ１は０．５ｍｍより浅い。これにより、光吸収部材５に到達する迷光は、凹部５ａに入射されやすくなる。また、凹部５ａの加工も容易になる。
　図４（ａ）に示すような矩形格子状に凹部５ａを配設した場合、矩形格子の縦横の長さ、すなわち、凹部５ａの縦方向の中心間距離であるピッチＰ１および横方向の中心間距離であるピッチＰ２は、例えば、Ｐ１が０．３ｍｍ～２ｍｍであり、Ｐ２が０．３ｍｍ～２ｍｍである。なお、Ｐ１とＰ２とは、いずれかが大きくてもよいが、凹部５ａが図４（ａ）に示されるような円形の場合は、Ｐ１＝Ｐ２である正方格子状に配設することが細密に配設できるのでよい。
　また、図４（ｂ）に示すような菱形格子状に凹部５ａを配設した場合、菱形格子の一辺の長さ、すなわち、凹部５ａの斜め方向のピッチＰ３およびＰ４は、例えば、Ｐ３が０．３ｍｍ～２ｍｍであり、Ｐ４が０．３ｍｍ～２ｍｍである。なお、Ｐ３とＰ４とは、いずれかが大きくてもよいが、Ｐ３＝Ｐ４である菱形格子状に配設することがよい。これにより、前述と同様に、吸収部材本体５０や凹部５ａの一部に熱応力が偏ることや、集中することを抑制することができる。
　光吸収部材５の作製方法の一例を説明する。本例では、吸収部材本体５０がガラスで、光吸収体５１が黒色無機顔料粉末である。上記材料のガラス粉末および黒色無機顔料粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合ペーストを作製する。この混合ペーストを予め作製された蓋部材４の内面４ａ上に印刷法によって層状パターンを形成する。矩形格子状または斜方格子状に凸部が配置された金型を用いて、印刷された層状パターンに凹部を形成する。凹部が形成された層状のパターンが印刷された蓋部材４を８００～１０００℃程度の温度で焼成することによりガラス内に黒色無機顔料が分散され、凹部５ａが設けられた光吸収部材５が作製される。凹部５ａは、ガラスが軟化している間に上記金型をスタンピングすることによって形成してもよい。
　次に本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、上記の実施形態と蓋部材４Ａと光吸収部材５Ａの形状が異なるだけであるので、以下では蓋部材４Ａと光吸収部材５Ａについて説明し、その他の構成については、説明を省略する。
　図５は、蓋部材４Ａおよび光吸収部材５Ａの一部を模式的に拡大して示す断面図である。光吸収部材５Ａが、蓋部材４Ａの内面４Ａａ、すなわち蓋部材４Ａの、載置領域２ｂに臨む面（第２の面）に、蓋面凹部４ｂが設けられている。光吸収部材５Ａの表面には、上記実施形態と同様に凹部５ａが設けられている。光吸収部材５Ａは、上記実施形態と同様に、吸収部材本体５０と、この吸収部材本体５０に分散された光吸収体５１とを含んで構成される。
　また、本実施形態では、蓋部材４Ａを内面４Ａａに直交する視点から見たときに、光吸収部材５Ａに設けられた複数の凹部５ａと、蓋部材４Ａに設けられた複数の蓋面凹部４ｂとは、それぞれ対応する位置、すなわち同じ位置に設けられている。
　図３に示す実施形態では、蓋部材４の内面４ａが平坦面であるので、光吸収部材５の厚みは、凹部５ａが設けられている箇所では薄く、凹部５ａが設けられていない箇所では厚くなっており、厚みが一定ではない。この場合、厚みが薄い部分では光吸収部材５１が少なく、光吸収部材５内部を進行する迷光が光吸収体５１によって十分に吸収され難い。そして、蓋部材４の内面４ａで反射され、再び光吸収部材５の表面から光半導体装置１０内に放射されてしまいやすくなる。
　本実施形態では、凹部５ａに対応して蓋部材４Ａに蓋面凹部４ｂが設けられているので、光吸収部材５Ａの厚みが薄くならず、一定の厚みとなっている。これにより、凹部５ａが設けられている箇所においても光吸収効果が均一なものとできる。また、内面４Ａａに沿った剪断方向の応力が加わっても光吸収部材５Ａが剥離し難いものとすることができる。
　また、光吸収部材５は、蓋面凹部４ｂが設けられている箇所の厚さが、蓋面凹部４ｂが設けられていない箇所より厚く設けられてもよい。これにより、光吸収部材５に入射した迷光や、蓋面凹部４ｂの内周面で反射された迷光が蓋面凹部４ｂの内側に設けられた光吸収体５１に吸収されるやすくなる。さらに、光吸収部材５Ａに入射した迷光の一部が蓋面凹部４ｂの内周面に到達した場合には、蓋面凹部４ｂの内周面で反射を繰り返し、蓋面凹部４ｂ内の光吸収体５１によって減衰されてしまう可能性が高くなる。これにより、本実施形態の光半導体装置１０は、光吸収部材５Ａ内部を進行する迷光が光半導体装置１０内に出射されることを防ぎ、光吸収体５１によって吸収されやすくなっている。
　図６は、光吸収部材５Ａ表面における凹部５ａの配設位置を説明するための平面図である。図６（ａ）は、凹部５ａを矩形格子状に配設した例を示し、図６（ｂ）は、凹部５ａを斜方格子状の配設した例を示す。凹部５ａを配設する場合のピッチＰ１，Ｐ２については、上記図４（ａ），図４（ｂ）に示す実施形態において説明したのと同じように決めればよい。
　凹部５ａの配設位置については、図４に示す上記実施形態と同じであり、例えば、矩形格子状または斜方格子状に配設している。凹部５ａの開口形状が円形状である場合、この円形開口の直径Ｄ１は、例えば、０．２ｍｍ～１ｍｍである。ピッチＰ１、Ｐ２についても上記実施形態と同じく０．３ｍｍ～２ｍｍである。蓋部材４Ａに設けられる蓋面凹部４ｂの直径Ｄ２は、開口の直径Ｄ１と同等または直径Ｄ１よりも少し大きく、例えば、０．２ｍｍ～１．２ｍｍである。
　さらに、蓋面凹部４ｂの直径Ｄ２は、蓋面凹部４ｂの深さをＨ２とする場合、Ｄ１≧Ｈ２×２であることがよい。例えば、蓋面凹部４ｂの深さをＨ２は、０．１ｍｍ～０．６ｍｍであるのがよい。
　蓋面凹部４ｂのそれぞれ対応する位置に光吸収部材５Ａの凹部５ａが設けられる光吸収部材５Ａの作製方法の一例を説明する。本例では、吸収部材本体５０がガラスで、光吸収体５１が黒色無機顔料粉末である。蓋部材４Ａの内面４Ａａに、矩形格子状または斜方格子状に凸部が配置された金型を用いて、蓋面凹部４ｂを設ける。一方、上記材料のガラス粉末および黒色無機顔料粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合ペーストを作製する。この混合ペーストを予め作製された蓋面凹部４ｂが設けられた蓋部材４Ａの内面４Ａａ上に印刷法によって層状パターンを形成すると、層状パターンの、蓋面凹部４ｂに対応する位置が凹み、凹部が現れる。この層状のパターンが印刷された蓋部材４を８００～１０００℃程度の温度で焼成することによりガラス内に黒色無機顔料が分散され、凹部５ａが設けられた光吸収部材５Ａが作製される。
　上記の光半導体装置１０は、光半導体素子１１として発光素子を収納した構成であるが、本発明の光半導体装置は、これに限らず光半導体素子１１として受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）を収納した構成であってもよい。光半導体素子１１が受光素子である場合には、枠本体３０の貫通孔３０ａに固定された光ファイバから出射される光を集光して受光素子に入射させるために光学レンズなどの光学部材１２も光半導体素子パッケージ１内に収納される。モニター用の受光素子１３は不要である。
　光半導体素子１１である受光素子は、光ファイバから出射された光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は配線基板１４、電気接続部材および接続端子３２を介して外部に出力される。外部の制御部は、光半導体装置から出力された電気信号に応じた処理を実行する。
　光ファイバから出射された光が、全て光学部材１２を通過し、受光素子に入射すればよいが、一部の光が光学部材１２の表面で反射したり、光学部材１２を通過した光の一部が
受光素子に入射せずに反射したりする。そして、この反射した光の一部が配線基板１４表面で反射したりして、光半導体素子パッケージ１内で、迷光が生じる場合がある。この迷光は、枠本体３０の内面、蓋部材４，４Ａの内面、基体２の第１の面２ａで反射する。反射光の中には、光半導体素子１１である受光素子に入射する光があり、ノイズとして受光素子から出力される電気信号に乗ってしまう。
　上記のように蓋部材４，４Ａの内面４ａ，４Ａａに、凹部５ａが設けられた光吸収部材５を設けることで、蓋部材４，４Ａに向かう迷光を吸収することができるので、受光素子が誤って受光してしまう光を低減することができる。光半導体素子１１として受光素子を収納する光半導体装置からの出力を安定させることができる。
　なお、上記では、光吸収部材５，５Ａを蓋部材４，４Ａの内面４ａ，４Ａａに設ける構成としたが、これに限らず、蓋部材４，４Ａの一部、たとえば、枠本体３０と接合する周縁部を除く中央部が、光吸収部材５と同じ機能を有していてもよい。
　１　　　光半導体素子パッケージ
　２　　　基体
　２ｂ　　載置領域
　３　　　枠部材
　４，４Ａ　　　蓋部材
　４ａ，４Ａａ　内面
　４ｂ　　蓋面凹部
　５，５Ａ　　　光吸収部材
　５ａ　　凹部
　１０　　光半導体装置
　１１　　光半導体素子
　１２　　光学部材
　１３　　受光素子
　１４　　配線基板
　１５　　マウント部材
　３０　　枠本体
　３０ａ　貫通孔
　３１　　誘電体層
　３２　　接続端子
　５０　　吸収部材本体
　５１　　光吸収体

Claims (7)

  1. 　光半導体素子が載置される載置領域を含む第１の面を有する板状の基体と、
    　前記載置領域を囲むように前記第１の面に設けられる枠部材と、
    　前記枠部材に接合され、前記載置領域を覆う板状の蓋部材と、
    　前記蓋部材の、前記載置領域に臨む第２の面に設けられ、表面に複数の凹部が設けられた光吸収部材と、を備えることを特徴とする光半導体素子パッケージ。
  2. 　前記光吸収部材は、ガラスと、該ガラス中に分散された黒色無機顔料と、を含むことを特徴とする請求項１記載の光半導体素子パッケージ。
  3. 　前記凹部の開口形状が、円形状であることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体素子パッケージ。
  4. 　前記複数の凹部は、矩形格子状または斜方格子状に配設されていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の光半導体素子パッケージ。
  5. 　前記蓋部材は、前記載置領域に臨む面に設けられた複数の蓋面凹部を有することを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の光半導体素子パッケージ。
  6. 　前記蓋部材を前記第２の面に直交する視点から視たときに、前記光吸収部材に設けられた前記複数の凹部と、前記蓋部材に設けられた前記複数の蓋面凹部とは、それぞれ対応する位置に設けられていることを特徴とする請求項５記載の光半導体素子パッケージ。
  7. 　請求項１～６のいずれか１つに記載の光半導体素子パッケージと、
    　前記載置領域に載置された光半導体素子と、を備えることを特徴とする光半導体装置。
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