JP3961388B2

JP3961388B2 - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置

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Publication number: JP3961388B2
Application number: JP2002283038A
Authority: JP
Inventors: 大輔作本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-09-27
Also published as: JP2004119805A

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。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信分野等で使用される半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を収納するための光半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）の断面図を図２に示す。同図において、101，102は、金属から成り、容器本体を構成する基体と、側部に貫通孔102ａが形成された枠体とをそれぞれ示す。103は、金属からなり、その内部に透光性部材107ｂが接合され、外側の端面に光アイソレータ109および光ファイバ111が嵌着された金属ホルダ112が接合された筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部材ともいう）である。104は光半導体素子、105は蓋体である。これら基体101、枠体102、固定部材103、蓋体105とで光半導体素子104をパッケージ内部に収納する容器を構成する。
【０００３】
このパッケージは、光半導体素子104を載置する載置用基台106と、光半導体素子104からの出射光を集光または平行光に像変換する透光性部材107ａを固定する固定ホルダ108とが搭載される、ペルチェ素子等の電子冷却素子113が載置される載置部101ａが形成された基体101を有する。基体101上面の外周部に、載置部101ａを囲繞するように枠体102が銀ロウ等のロウ材により接合される。
【０００４】
また、光を集光または平行光とする機能を有する透光性部材107ｂが内部に接合されるとともに、光半導体素子104への戻り光を防止する光アイソレータ109および光ファイバ111が挿着された金属ホルダ112が接合固定される固定部材103が、貫通孔102ａの枠体102外側開口の周囲に銀ロウ等のロウ材で接合される。また、蓋体105と枠体102は、それぞれの接合面に形成された金属層を介して金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロウ材やシーム溶接等で接合される。固定部材103は、枠体102に熱膨張係数が近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、内部に透光性部材107ｂが半田材やガラス材等により接合される。また、光アイソレータ109および光ファイバ111がガラス材や半田材，樹脂接着剤等の接合剤110により嵌着された金属ホルダ112が、固定部材103の外側の端面にＹＡＧレーザ溶接等により接合固定されて、パッケージ内部の気密性を保つ。
【０００５】
基体101は、銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金，鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の比較的高い熱伝導性を有する金属から成る。また基体101は、電子冷却素子113から発生する熱を吸収し大気中に放散するための放熱板として機能するとともに、電子冷却素子113を支持する支持部材である。
【０００６】
枠体102は、基体101の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属から成り、一側部に貫通孔102ａが形成され、他側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子の取付部（図示せず）が設けられる。
【０００７】
また、載置用基台106は、電子冷却装置113の熱膨張係数と近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等の誘電体から成る。その上面には、高周波信号が伝送されるモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結して成る配線が形成されるとともに、光半導体素子104を搭載する導体層が形成されている。また、電子冷却素子113は、一般にＰ型素子とＮ型素子から成る熱電半導体素子より構成され、熱電半導体素子に電流を入力することによりペルチェ効果を生じさせ、吸熱，発熱を行なう素子である。そして、電子冷却素子113は載置部101ａにインジウム（Ｉｎ）−鉛（Ｐｂ）−銀（Ａｇ）半田や錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の半田材により取着される。
【０００８】
そして、枠体102の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属またはアルミナセラミックス等のセラミックスから成る蓋体105を、枠体102および蓋体105の各接合面に形成された金属層を介してＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材やシーム溶接で接合することにより、パッケージ内に光半導体素子104を気密に収納しその動作性を良好なものとする。
【０００９】
このように、基体101、枠体102、固定部材103、蓋体105とで光半導体素子104をパッケージの内部に収納するとともに、載置用基台106に載置される光半導体素子104と入出力端子（図示せず）とを電気的に接続することにより、光半導体素子104に高周波信号を入出力し作動させ得るパッケージとなる（例えば、下記の特許文献１〜４参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平6−314747号公報
【特許文献２】
特開平11−74619号公報
【特許文献３】
特開平11−74394号公報
【特許文献４】
特開平11−74395号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいて、例えば基体101を構成する金属がＣｕ−Ｗ合金、枠体102を構成する金属がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金である場合、それぞれの熱膨張係数は相違する。従って、基体101と枠体102とを銀ロウ等のロウ材により接合するために加熱、冷却する場合、冷却する際の基体101と枠体102との熱膨張係数差に起因して生じる内部応力により、基体101には最大高低差10〜30μｍ程度の反りが生じていた。
【００１２】
そして、光半導体素子104と透光性部材107ａ，107ｂと光ファイバ111との光軸を調芯し組み立てられた光半導体装置を、基体101の四隅のネジ止め部（図示せず）を介して外部電気回路基板にネジで締め付けた場合、ネジ止めの外力により基体101が矯正されたり、光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等により基体101の反りが矯正される。その結果、基体101の中央部が高さ方向に変位し、光半導体素子104と光ファイバ111および透光性部材107ｂとの間に10μｍ以上の位置ずれが生じ、光半導体素子104と光ファイバ111との光結合効率が著しく劣化する。その結果、光半導体装置の外部に光信号を効率よくかつ安定して出力できなくなるという問題点があった。
【００１３】
そこで、上記問題点を解消するために、基体の中央部の厚みをｘ、両端の厚みをｔとした場合、0.3ｍｍ≦ｔ≦１ｍｍ、ｘ≧２ｔを満足するものが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１のパッケージでは、基体の中央部を両端よりも厚くする必要があり、光半導体装置のさらなる薄型化を行なうことは困難である。
【００１４】
また、上記問題点を解決する他の構成として、Ｃｕ−Ｗ合金から成る基体の両端領域にネジ止めを行なうための貫通孔を有し、ヤング率が1.96×10⁵Ｎ／ｍｍ²以下で降伏応力が4.9×10²Ｎ／ｍｍ²以下の金属から成るネジ止め部材が枠体から突出するように設けられたものが提案されている（特許文献２参照）。このパッケージをネジ止め部材を介して外部電気回路基板等にネジ止めして強固に固定する場合、ネジ止め時の外力によって生じる内部応力により生じる基体の変形を抑制でき、光半導体素子の高さ方向の位置ずれを有効に抑えることができる。その結果、光半導体素子と光ファイバとの光軸がずれず、それらの間で光信号の入出力を効率よくかつ安定して行なえ、また光半導体装置の薄型化が可能となる。
【００１５】
しかしながら、特許文献２のパッケージでは、金属から成るネジ止め部材を平面視形状が長方形の枠体の短辺側から突出するように基体の両端に設けていたため、基体とネジ止め部材を銀ロウ等で接合する工程が必要となる。その結果、パッケージの組立工程が複雑になって組立工程が増えることにより歩留まりが低下する要因となる。また、ネジ止め部の位置精度も低下し易く、基体とネジ止め部が別体であるため構造が複雑となりパッケージが高価になるとともに、ネジ止めによって基体と基体両端のネジ止め部との接合部に応力が集中することにより、パッケージが破損し易くなるという問題点を有していた。
【００１６】
また、枠体に固定された金属からなる第１の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に固定され、第１の底板よりもヤング率が大きい第２の底板とを備えた光半導体気密封止容器（特許文献３参照）、および、枠体に固定された金属から成る第１の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に固定され第１の底板よりもヤング率の小さい金属から成る第２の底板とを備えた光半導体気密封止容器（特許文献４参照）が公知である。これらにおいては、上記の問題点に加え、銀ロウ付けの面積が大きくなるため第１の底板と第２の底板との間の銀ロウ付けの接合部にボイドが発生することにより、光半導体装置内部の光半導体素子および駆動素子の熱が第１の底板から銀ロウを介して第２の底板へ伝わる際の熱伝達率が低下し、光半導体装置を長期にわたって安定的に作動させることができないという問題点を有していた。
【００１７】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする場合、ネジ止めに加わる外力によりパッケージの製造工程で生じた基体の反りが矯正されたり、光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等が当接して基体が矯正されることによる、光半導体素子と透光性部材と光ファイバとの光軸のずれを、部品点数を増加させることなく低コストに抑制することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本願発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、基体の第２の領域（載置部を含む第１の領域より薄い領域）は、枠体における第２の側部の外面の直下の部位と、第２の側部に対向する載置用基台の側面または電子冷却素子の側面の直下の部位との間に、部分的に形成されていることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の光半導体装置は、上記光半導体素子収納用パッケージと、光半導体素子収納用パッケージの基体上に、載置用基台または電子冷却素子を介して搭載された光半導体素子とを備えているものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の光半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の例を示す側断面図である。同図において、１は容器の底板を成す基体、２は容器の側壁を成す枠体、３は透光性部材７ｂや光アイソレータ９を設置固定するための筒状の固定部材、４はＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子、５は蓋体である。これら基体１、枠体２、固定部材３、蓋体５とで、内部に光半導体素子４を収納するための容器が基本的に構成される。また、固定部材３の枠体２外側の端面には、光アイソレータ９と光ファイバ11とを半田やガラス材，樹脂等からなる接着剤10で接着した金属ホルダ12がＹＡＧレーザ溶接等により固定される。
【００２１】
本発明の基体１は、その下面で側部２ｃの外面直下から側部２ｃに対向する電子冷却素子13または載置用基台６の側面直下までの部位に、残部の厚さｔの１／５≦ｔ≦１／２とされた薄肉部１ｂが形成されている。これにより、光半導体装置を基体１の四隅のネジ止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする場合、ネジ止めの外力によりパッケージの製造工程で生じた基体１の反りが矯正されたり、光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等が当接することにより基体１が矯正されることによる基体１の反りを主に薄肉部１ｂに生じさせ、側部２ｂから電子冷却素子13または載置用基台６にわたる基体１の反りを有効に抑制できる。従って、光半導体素子４と透光性部材７ａが設置されるとともに透光性部材７ｂと光ファイバ11が固定部材３を介して取着される側部２ｂが接合される基体１の上面において、垂直方向の光軸のずれが発生するのを有効に抑制できる。即ち、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との各光軸が傾いて光軸がすれるのを有効に抑制できる。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする場合、基体１を矯正して生じる光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との光軸のずれ、傾きを抑制し、光結合効率の劣化を有効に防ぎ、効率よく安定した光信号の入出力ができる。
【００２２】
なお、基体１の薄肉部１ｂは、図１のように基体１の下面が凹んでいるように形成されていてもよいし、基体１の上面が凹んでいるように形成されていてもよい。基体１の上面が凹んでいる場合、枠体２を基体１上面に接合するためのロウ材が薄肉部１ｂの凹部に入りこむ場合があり、従って基体１の下面が凹んでいる場合の方が好ましい。
【００２３】
基体１には、パッケージの製造工程で基体１と枠体２とに生じる内部応力の差や熱膨張係数差により、上に凸または下に凸の反りが生じる。このようなパッケージに光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11とを光軸を調芯して組み込んで成る光半導体装置を、基体１の四隅のネジ止め部を介して平坦な外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１がネジ止めの外力により平坦に矯正されることで、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との間に高さ方向の位置ずれが生じる。
【００２４】
また、光半導体装置の基体１下面に当接する部位に対して上に凸の反りを有する外部電気回路基板に、光半導体装置をネジ止めする場合、外部電気回路基板の反りの頂点を支点として基体１がネジ止めによる外力と外部電気回路基板により矯正される。そのため、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との間に高さ方向の位置ずれが生じる。その結果、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との間に高さ方向の光軸ずれが生じ、光結合効率が著しく劣化して効率よく光信号を入出力することができなくなる。
【００２５】
従って、基体１の下面に、側部２ｃの外面直下から側部２ｃに対向する電子冷却素子13または載置用基台６の側面直下までの部位に薄肉部１ｂを設ける。これにより、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、外力により矯正されて生じる基体１の反りを薄肉部１ｂで吸収し、電子冷却素子13または載置用基台６から光ファイバ11や透光性部材７ｂが取着される側部２ｂにわたる光結合部となっている基体１の部位の反りを抑制する。その結果、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との光軸ずれが抑制され、光結合効率の著しい劣化を抑制して安定した光信号の入出力を円滑に行なうことができる。
【００２６】
なお、薄肉部１ｂを側部２ｃの外面直下よりも内側から、側部２ｃに対向する電子冷却素子13または載置用基台６の側面直下まで設けると、基体１の薄肉部１ｂにおける剛性を適度に減少させることができない。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１に生じる反りを薄肉部１ｂで局所的に吸収することができない。その結果、載置用基台６から光ファイバ11が取着される側部２ｂにわたる基体１の反りを有効に抑制できない。
【００２７】
従って、基体１の下面で側部２ｃの外面直下から薄肉部１ｂを設けることにより、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１に生じる反りを薄肉部１ｂで有効に吸収し、電子冷却素子13または載置用基台６から側部２ｂにわたる光結合部における基体１の反りを有効に抑制できる。
【００２８】
また、薄肉部１ｂが側部２ｃの外面直下から、側部２ｃ内面と電子冷却素子13または載置用基台６との間の基体１の下面に形成された場合、薄肉部１ｂの剛性を適度に低下させることができず、光半導体装置をネジ止めする際に生じる基体１の反りを薄肉部１ｂで有効に吸収することができない。
【００２９】
また、薄肉部１ｂが側部２ｃの外面直下から電子冷却素子13または載置用基台６の直下まで形成された場合、電子冷却素子13または載置用基台６の下方の基体１の体積が小さくなり熱放散性が低下するとともに、外部電気回路基板との接合面が減少することから、基体１の放熱性が低下する。その結果、光半導体素子４や載置用基台６に載置される駆動回路素子（図示せず）や透光性部材７ａは常に適温とならず、光半導体素子４や駆動回路素子は熱破壊を起こしたり熱による誤動作が生じ、透光性部材７ａは熱により屈折率が変動し光半導体素子４より出射される光を所望する像に変換することができなくなる。さらに、基体１の載置部１ａの剛性が低下し、パッケージの製造工程で基体１と枠体２との熱膨張係数差により生じる基体１の反りが大きくなる。
【００３０】
従って、基体１の下面で側部２ｃの外面直下から電子冷却素子13または載置用基台６の側面直下まで薄肉部１ｂを形成することにより、基体１全体の剛性やパッケージの放熱性を著しく減少させることなく、光半導体装置のネジ止めの外力による基体１の反りを薄肉部１ｂで有効に吸収できる。その結果、光結合部における基体１の反りが有効に抑制され、光軸ずれによる光結合効率の劣化を抑制でき、効率よく光信号の授受を行なうことができる。
【００３１】
また、薄肉部１ｂが基体１の残部の厚さｔに対し、ｔ／２より厚い場合、薄肉部１ｂの剛性が増加しネジ止めの外力による基体１の反りを薄肉部１ｂで十分に吸収できない。その結果、基体１は全体にわたり反りを生じることから、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との間に高さ方向の変位差が生じる。また、薄肉部１ｂがｔ／５より薄い場合、薄肉部１ｂと枠体２との接合強度が著しく低下することから、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際、薄肉部１ｂにクラックが生じパッケージ内部を気密に保持できなくなる。
【００３２】
従って、薄肉部１ｂの厚さｘを１／５≦ｔ≦１／２とすることにより、枠体２との接合強度を低下させることなく基体１に生じる反りを薄肉部１ｂで吸収し、光結合部における基体１の反りを有効に抑制できる。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際、基体１の反りに起因する光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ１１との光軸ずれによる結合効率の低下を抑制でき、効率よく光信号の授受を行なうことができる。
【００３３】
また、薄肉部１ｂは光軸方向に略平行な基体１の両側面間にわたって設けられているが、そうでないと、薄肉部１ｂにおける基体１の光軸方向に略平行な方向の剛性が適度に減少しない。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際の、光半導体素子４から固定部材３に至る基体１の反りが薄肉部１ｂにより緩和されず、基体１の薄肉部１ｂの残部の反りを抑制できない。また、薄肉部１ｂが光軸方向と略平行な基体１の両側面間にわたって設けられていないと、光半導体装置を外部電気回路基板に接合し作動させる際、薄肉部１ｂと外部電気回路基板とにより形成される空洞に、電子冷却素子や光半導体素子４からの熱が閉じこめられ、光半導体装置から外部の大気中に熱を効率よく放散できない。
【００３４】
また、枠体２の貫通孔２ａに設けられる固定部材３は、光ファイバ11を枠体２に固定するためのものであり、貫通孔２aの枠体２外側開口の周囲または貫通孔２ａの内面に銀ロウ等のロウ材を介して接合される。この固定部材３は、枠体２の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属からなり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴット（塊）をプレス加工で筒状とすることにより作製される。また、固定部材３の枠体２外側の端面には、戻り光防止用の光アイソレータ９と光ファイバ11とをガラス材や樹脂等の接着剤10で接着した金属ホルダ12が半田材やＹＡＧレーザ溶接により接合される。固定部材３の内部には、光半導体素子４より出射される光信号の消光比の劣化が生じない非晶質ガラス等から成り、集光レンズとして機能するとともにパッケージ内部を塞ぐための透光性部材７ｂが、半田または低融点ガラス等の接合材により固定されてパッケージ内部の気密性を保つ。
【００３５】
透光性部材７ａ，７ｂは、熱膨張係数が４×10^-6〜12×10^-6／℃（室温〜400℃）の非晶質ガラス等から成り、球状，半球状，凸レンズ状，ロッドレンズ状等とされる。そして、透光性部材７ａ，７ｂは、光半導体素子４からの出射光を集光したり平行光に変換して光ファイバ11に入力するための集光部材として用いられる。また、透光性部材７ａ，７ｂは、例えば結晶軸の存在しない非晶質ガラスの場合、酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とする鉛系、またはホウ酸やケイ砂を主成分とするホウケイ酸系のものを用いる。これにより、光半導体素子４の出射光が透光性部材７ａ，７ｂで複屈折の影響を及ぼされず、効率良く光ファイバ11に光信号を入力できる。
【００３６】
また、透光性部材７ｂは、例えばその表面の一部に全周にわたってメタライズ層を被着し、メタライズ層と固定部材３内面とをＡｕ−Ｓｎ半田等の低融点ロウ材で接合する。これにより、光半導体素子４を収納した光半導体装置の気密が行なわれ、光半導体素子４を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る。透光性部材７ｂは、その熱膨張係数が枠体２と異なっていても、固定部材３が熱膨張係数差による内部応力を吸収し緩和するので、結晶軸が応力のためにある方向に揃って光の屈折率の変化を起こすことは発生しにくい。従って、この透光性部材７ｂを用いることにより、光半導体素子４と光ファイバ11との間の光結合効率の変動を小さく抑えることができ、安定した光信号の入出力を行なうことができる。
【００３７】
また、透光性部材７ａを固定する固定ホルダ８は載置用基台６の熱膨張係数と近似する金属から成り、固定ホルダ８に形成された貫通孔に透光性部材７ａが嵌着される。そして、固定ホルダ８は、光半導体素子４と透光性部材７ａとの光軸が一致するように調整された後に、電子冷却素子13の上面に半田やＹＡＧレーザ溶接等の溶接法により固定される。
【００３８】
また、蓋体５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やアルミナセラミックス等のセラミックスから成り、枠体２上面にＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材を介して接合されたり、シーム溶接等の溶接法により接合される。
【００３９】
かくして、本発明のパッケージは、基体１の載置部１ａに電子冷却素子13と載置用基台６を介して光半導体素子４を載置し、光半導体素子４の各電極と載置用基台６上面の配線導体とをボンディングワイヤにより電気的に接続し、しかる後、枠体２上面に蓋体５を接合し、基体１と枠体２と固定部材３と蓋体５とから成る容器の内部に光半導体素子４を収納し気密封止することによって、製品としての光半導体装置となる。
【００４０】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００４１】
図１の本発明のパッケージを以下のようにして構成した。Ｃｕ−Ｗ合金から成る縦30ｍｍ×横13ｍｍ×厚さ１ｍｍの長方形であり、厚さが全体の厚さの１／５（0.2ｍｍ），１／４（0.25ｍｍ），１／３（0.33ｍｍ），１／２（0.5ｍｍ），３／４（0.75ｍｍ）の薄肉部１ｂを形成したもの、および薄肉部１ｂを形成していないものの６種の基体１を作製した。これらの基体１の上面の外周部に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る縦20ｍｍ×横12ｍｍ×高さ6ｍｍの直方体状の枠体２をＡｇろう材で接合した。基体１および枠体２の表面には、厚さ0.5〜９μｍのＮｉメッキ層および厚さ0.5〜９μｍのＡｕメッキ層を被着してある。
【００４２】
基体１の載置部１ａに、電子冷却素子13としてのペルチェ素子とアルミナセラミックスから成る載置用基台６を介して、ＬＤである光半導体素子４を載置した。電子冷却素子13はＳｎ−Ｐｂ半田で載置部１ａに接合し、載置用基台６は電子冷却素子13の上面にＳｎ−Ｐｂ半田で接合した。また、電子冷却素子13の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る固定ホルダ８を半田で接合した。固定ホルダ８の貫通孔には、非晶質ガラスから成るレンズ状の透光性部材７ａをメタライズ層を介してＡｕ−Ｓｎ半田で嵌着接合した。
【００４３】
また、光半導体素子４の各電極と載置用基台６上面の配線導体とをボンディングワイヤで電気的に接続した。そして、枠体２の貫通孔２ａの枠体２外側開口の周囲に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る円筒状の固定部材３の一端をＡｇろう材で接合した。固定部材３の内部には非晶質ガラスから成るレンズ状の透光性部材７ｂがメタライズ層を介してＡｕ−Ｓｎ半田で嵌着接合されている。また、固定部材３の他端には、光アイソレータ９と光ファイバ11とを半田から成る接着剤10で接着した金属ホルダ12をＹＡＧレーザ溶接で固定し、６種の光半導体装置を作製した。
【００４４】
そして、これらの光半導体装置を、上に凸となった高低差50μｍ程度の反りを有する外部電気回路基板に接合した際の、光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との高さ方向の変位と、光軸の傾きによる光結合効率の変動についてシミュレーションを行なった。
【００４５】
まず、外部電気回路基板に接合していない光半導体装置の透光性部材７ａ，７ｂを介する光半導体素子４と光ファイバ11との光結合効率を解析したところ、光結合効率は35％程度であった。そして、基体１に薄肉部１ｂが形成されていない従来のパッケージ、および薄肉部１ｂを基体１の厚さの３／４となるように形成したパッケージからなる光半導体装置を外部電気回路に接合した場合の光半導体素子４に対する透光性部材７ｂおよび光ファイバ11の高さ方向の変位を解析した。その結果、光半導体素子４に対する透光性部材７ｂの高さ方向の変位は−13μｍ、光半導体素子４に対する光ファイバ11の高さ方向の変位は−９μｍ、光半導体素子４と透光性部材７ｂと光ファイバ11との光軸の傾きは、図１のように側方からみた場合の時計回りの回転をプラスとして、０°，−0.1°，−0.1°となり、光半導体素子４と光ファイバ11との光結合効率は10％程度と著しく劣化した。
【００４６】
これに対して、基体１の残部の厚さの１／５，１／４，１／２とされた薄肉部１ｂを形成した各パッケージの場合、光半導体素子４に対する透光性部材７ｂの高さ方向の変位は−27μｍ、光半導体素子４に対する光ファイバ11の高さ方向の変位は−15μｍ、光半導体素子４と透光性部材７ｂと光ファイバ11との光軸の傾きは0.1°となり、光半導体素子４と光ファイバ11との光結合効率は29％となった。即ち、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする場合、基体１を矯正して生じる基体１の反りが薄肉部１ｂで吸収され、電子冷却素子13の載置部１ａから側部２ｂにわたる基体１の反りを抑制する。その結果、載置部１ａから側部２ｂにわたる基体１は、外部電気回路基板の凸部の頂点を支点とし変位するが、基体１には反りは生じず基体１の上面と略水平に光半導体素子４と透光性部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との間の光軸も変位するため、載置部１ａから側部２ｂにわたる基体１の上面を基準面とした垂直方向の光半導体素子４と光ファイバ11との光軸ずれは抑制され、光結合効率の劣化を有効に抑制できた。
【００４７】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等支障ない。例えば、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際に薄肉部１ｂの角部に生じる応力を緩和して角部にクラックが生じるのを防ぐために、この角部を円弧状とすることがよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体はその下面で枠体の一側部に対向する他側部の外面の直下の部位から他側部に対向する載置用基台または電子冷却素子の側面の直下の部位にかけて、厚さが残部の１／５乃至１／２とされた薄肉部が形成されていることにより、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部で外部電気回路基板等にネジ止めする際や光半導体装置との接合面に反りを有する外部電気回路基板等に接合する際に、ネジ止めの外力による基体の反りを薄肉部に集中して生じさせる。その結果、電子冷却素子または載置用基台から固定部材が取着される枠体にわたる基体の部位の反りが有効に抑制され、光半導体素子と透光性部材と光ファイバとの間に生じる光軸のずれを有効に抑制でき、光半導体素子と透光性部材を介する光ファイバとの光信号の入出力を円滑に効率よく安定して行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す側断面図である。
【図２】従来の光半導体素子収納用パッケージの側断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：薄肉部
２：枠体
２ａ：貫通孔
３：光ファイバ固定部材
４：光半導体素子
５：蓋体
６：載置用基台
７ａ，７ｂ：透光性部材
11：光ファイバ
13：電子冷却素子

Claims

載置用基台または電子冷却素子を介して光半導体素子が搭載される載置部と、四隅にネジ止め部とを有する略直方体の基体と、
貫通孔が設けられた第１の側部と該第１の側部に対向する第２の側部とを有しており、前記載置部を囲んで前記基体に接合された枠体と、
前記枠体の前記貫通孔に嵌着されているか、または、前記枠体の前記第１の側部の外面における前記貫通孔の周囲に取着された光ファイバ固定部材とを備えている光半導体素子収納用パッケージにおいて、
前記基体は、前記枠体における前記第２の側部の外面の直下から、前記第２の側部に対向する前記載置用基台の側面または前記電子冷却素子の側面の直下まで形成される薄肉部を有し、
前記薄肉部は、前記基体の厚みの１／５乃至１／２の厚みを有することを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
前記薄肉部は、前記光ファイバ固定部材に固定される光ファイバと前記光半導体素子との光軸方向に平行な前記基体の両側面間にわたって設けられていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。
請求項１または請求項２記載の光半導体素子収納用パッケージと、
前記光半導体素子収納用パッケージの前記基体上に、前記載置用基台または前記電子冷却素子を介して搭載された光半導体素子と、を備えた光半導体装置。