JP2003248151A - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光半導体素子と光ファイバとの位置合わせを
作業性良く行なうことができるとともに効率よく光信号
を伝送させることができる光半導体装置およびその製造
方法を提供すること。 【解決手段】 金属製の基体１と、基体１の上面の外周
部に接合され、側部に貫通穴３ｂが形成された金属製の
枠体３と、貫通穴３ｂの枠体３外側開口の周囲に一主面
の外周部が接合されるとともに中央部に貫通孔２ａが形
成された光ファイバ固定部材２とを具備し、光半導体素
子10を搭載する搭載用基板８は、その上側主面に光半導
体素子10に光学的に結合するように光ファイバ12の一端
部を支持した支持部材９を搭載しており、枠体３の貫通
穴３ｂは、光ファイバ12の光軸方向から見た、搭載用基
板８に光半導体素子10および支持部材９を搭載した状態
の全体の最大外形寸法よりも大きな開口を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信等の分野に
用いられる光半導体素子を収納した光半導体装置および
その製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信等の分野で使用される光半
導体素子を収納した光半導体装置は、内部に光半導体素
子を気密に封止し、光半導体素子から発生する熱を良好
に外部に放散させ、光半導体素子を長期にわたって正常
かつ安定に作動させるために、金属製の基体，金属製の
枠体等から成る金属製の容器を具備している。このよう
な容器を具備した光半導体装置を図６に断面図で、図７
に斜視図で示す。これらの図において、21は基体、22は
光ファイバ固定部材（以下、固定部材ともいう）、23は
枠体、30は光半導体素子、32は光ファイバである。

【０００３】基体21は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−
コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン
（Ｗ）合金等の金属から成り、その上面の略中央部に
は、絶縁基板上にＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子30を搭載
して成る搭載用基板31を載置する載置部21ａを有してい
る。光半導体素子30は、搭載用基板31に搭載された状態
で、載置部21ａに載置固定される。

【０００４】基体21の上面の外周部には、載置部21ａを
囲繞するように接合され、側部に光ファイバ32を固定す
るための筒状の固定部材22および入出力端子24の取付部
23ａを有する枠体23が立設されており、枠体23は基体21
とともにその内側に光半導体素子30を収容する容器を構
成する。この枠体23は、基体21と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等から成り、基体21と一体成形さ
れる、または基体21に銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介し
てロウ付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法によ
り接合されることによって、基体21の上面の外周部に立
設される。

【０００５】固定部材22は、光ファイバ32を枠体23の側
部に固定するための筒状の部材であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃ
ｏ合金やステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属から成り、固
定部材22には軸方向に形成された貫通孔22ａが設けられ
ており、固定部材22の外周面が枠体23の貫通穴23ｂにＡ
ｇロウ等のロウ材を介して嵌着接合される。

【０００６】入出力端子24は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・
２ＳｉＯ₂）等のセラミックスから成り、枠体23の取付
部23ａにロウ材を介して嵌着接合され、枠体23の内外を
導通する多数のメタライズ配線層24ａが被着形成されて
いる。

【０００７】枠体23および入出力端子24の上面には、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るシールリング25が
Ａｇロウ等のロウ材を介して接合され、メタライズ配線
層24ａの枠体23外側の部位には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
等の金属から成る外部リード端子27がＡｇロウ等のロウ
材を介して取着される。一方、メタライズ配線層24ａの
枠体23内側の部位には、光半導体素子30の各電極がボン
ディングワイヤ33を介して電気的に接続される。

【０００８】枠体23の側部に嵌着接合された固定部材22
の貫通孔22ａに、枠体23外側の端部から光ファイバ32を
挿通させ、光半導体素子30の光入出力端面と光ファイバ
32の光入出力端面とが対向するようにして光学的に結合
させ、光ファイバ32を貫通孔22ａに気密に接合させ、枠
体23の側部に固定する。

【０００９】光半導体素子30の各電極と、入出力端子24
のメタライズ配線層24ａの枠体23内側の部位とがボンデ
ィングワイヤ33を介して電気的に接続され、最後に、シ
ールリング25の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属
から成る蓋体26がシームウエルド法等の溶接法で接合さ
れる。これにより、基体21、枠体23、シールリング25お
よび蓋体26から成る容器内部に光半導体素子30が収容さ
れ気密に封止された光半導体装置となる。

【００１０】かかる光半導体装置を製造するには、まず
載置部21ａが形成された基体21、固定部材22、取付部23
ａと貫通穴23ｂとが形成された枠体23、入出力端子24、
シールリング25、外部リード端子27および搭載用基板31
を準備する。そして、載置部21ａに搭載用基板31を載置
し、基体21の上面に載置部21ａを囲繞するように枠体23
を接合する。枠体23の取付部23ａ，貫通穴23bにそれぞ
れ入出力端子24，固定部材22を、枠体23および入出力端
子24の上面にシールリング25を、メタライズ配線層24ａ
の枠体23外側の部位に外部リード端子27を、それぞれＡ
ｇロウ等のロウ材にて接合し、光半導体素子30を収納す
るための容器を構成する。

【００１１】次に、光半導体素子30を搭載用基板31の上
側主面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）半田，Ａｕ−Ｇｅ（ゲ
ルマニウム）半田等の高融点半田で接合し、主に基体21
と枠体23とから成る容器の内部に光半導体素子30を収容
する。次に、固定部材22の貫通孔22ａに光ファイバ32の
一端部を挿通させ、枠体23の側部に光ファイバ32を挿通
させる。固定部材22に挿通させた光ファイバ32を、基体
21の載置部21ａ上に載置固定された光半導体素子30に光
学的に結合させるため、光ファイバ32を固定部材22の内
部で上下左右にわずかに動かしながら位置合わせを行な
う。そして、固定部材22の貫通孔22ａにＰｂ（鉛）−Ｓ
ｎ半田等の低融点半田を溶融して流し込み、光ファイバ
32の一端部が光半導体素子30に光学的に結合するように
位置合わせされた状態で枠体23の側部に固定される。

【００１２】次に、光半導体素子30の各電極と、入出力
端子24のメタライズ配線層24ａの枠体23内側の部位とを
ボンディングワイヤ33を介して電気的に接続する。最後
に、シールリング25上面に蓋体26をシームウエルド法等
の溶接法で接合し、基体21、枠体23、シールリング25お
よび蓋体26から成る容器内部に光半導体素子30を収容し
気密封止することで、製品としての光半導体装置とな
る。

【００１３】この光半導体装置は、外部電気回路から供
給される高周波信号等の電気信号によって光半導体素子
30にレーザ光等の光を励起させ、この光を光ファイバ32
を介して外部に伝送することによって、高速光通信等に
使用される。または、外部から光ファイバ32を介して伝
送してくる光信号を、光半導体素子30に受光させて光信
号を電気信号に変換することによって、高速光通信等に
使用される。

【００１４】なお、この光半導体装置は、光半導体素子
30が載置される基体21と基体21に接合される枠体23とが
金属から成ることにより、光半導体素子30を高い信頼性
で気密に封止でき、光半導体素子30の熱を基体21および
枠体23を介して外部に良好に放散させることができる。
その結果、光半導体素子30が長期にわたって正常かつ安
定に作動する光半導体装置となる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光半導体装置では、光半導体素子30が基体21の載置
部21ａ上に載置固定され、光ファイバ32はその光入出力
端面が光半導体素子30の光入出力端面に対向するように
枠体23の側部に固定されているため、光半導体素子30か
ら大量の熱が発生した場合、その熱によって基体21と枠
体23が熱膨張を起こし、光半導体素子30と光ファイバ32
の位置がずれる場合があった。その場合、光半導体素子
30と光ファイバ32との光学的な結合が劣化して光結合効
率が低下し、光半導体素子30と光ファイバ32との間で効
率よく光信号を伝送できなくなるという問題点があっ
た。

【００１６】また、光半導体装置を製造する際に、枠体
23の側部の固定部材22に挿通された光ファイバ32の光入
出力端面を、基体21の載置部21ａ上に載置固定された光
半導体素子30の光入出力端面に対向させるため、光ファ
イバ32を固定部材22の内部で上下左右にわずかに動かし
ながら、光ファイバ32の位置合わせを行なう必要があっ
た。このような位置合わせ方法では、光ファイバ32を動
かせる範囲がきわめて制約される。また、光ファイバ32
から光半導体素子30までの距離が離れているため、光フ
ァイバ32の光入出力端面を光半導体素子30の光入出力端
面に対向させるように光ファイバ32の位置合わせを作業
性良く行なうのは困難である。上記の理由で、光半導体
素子30と光ファイバ32との間で光結合効率が劣化し、効
率よく光信号を伝送できなくなることが多かった。

【００１７】さらに、光ファイバ32の位置合わせは手作
業によって行なわれるため、位置合わせ作業に熟練が必
要とされ、作業効率を低下させるという問題点もあっ
た。

【００１８】従って、本発明は上記問題点に鑑み完成さ
れたものであり、その目的は、光半導体素子と光ファイ
バとの位置合わせを作業性良く行なうことができるとと
もに、光半導体素子と光ファイバとの間で効率よく光信
号を伝送させることができ、その結果光半導体装置内部
に収容した光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に
作動させ得る信頼性が高く高性能の光半導体装置および
その製造方法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置
は、上面に搭載用基板を介して光半導体素子が載置され
る載置部を有する金属製の基体と、該基体の上面の外周
部に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通
穴が形成された金属製の枠体と、前記貫通穴の枠体外側
開口の周囲に一主面の外周部が接合されるとともに中央
部に貫通孔が形成された平板状の光ファイバ固定部材
と、該光ファイバ固定部材の前記貫通孔に一端部が挿通
されて接着された光ファイバと、前記枠体の上面に接合
された蓋体とを具備した光半導体装置において、前記搭
載用基板は、その上側主面に前記光半導体素子に光学的
に結合するように前記光ファイバの前記一端部を支持し
た支持部材を搭載しており、前記枠体の前記貫通穴は、
前記光ファイバの光軸方向から見た、前記搭載用基板に
前記光半導体素子および前記支持部材を搭載した状態の
全体の最大外形寸法よりも大きな開口を有していること
を特徴とする。

【００２０】本発明の光半導体装置は、予め光半導体素
子に光学的に結合するように光ファイバの一端部を支持
固定した支持部材と光半導体素子とを上側主面に搭載し
た搭載用基板を、枠体の貫通穴から光半導体装置内部に
挿入して、基体の載置部に載置固定することができる。
従って、光ファイバの一端部の光入出力端面を光半導体
素子の光入出力端面のごく近傍で対向するようにして支
持した状態で、搭載用基板を基体の載置部に載置でき
る。その結果、光半導体素子から大量の熱が発生して
も、熱膨張によって生ずる光半導体素子と光ファイバと
の位置ずれを最小限に抑制し、光半導体素子と光ファイ
バとの光学的結合が劣化して光結合効率が低下するのを
防止でき、光半導体素子と光ファイバとの間で効率よく
光信号を伝送し得る光半導体装置とすることができる。

【００２１】また、光ファイバ固定部材が平板状である
ことから貫通孔が短くなり、光ファイバを位置合わせす
るための移動が容易にでき、例えば複数の光ファイバを
良好に位置合わせした状態で使用できる。つまり、複数
の光ファイバの位置合わせが良好かつ効率良く行なえる
多芯型光ファイバ固定部材となる。

【００２２】本発明の光半導体装置の製造方法は、上側
主面に光半導体素子および光ファイバの一端部を支持す
る支持部材を搭載した搭載用基板を載置する載置部を上
面に有する金属製の基体の上面の外周部に、前記載置部
を囲繞するようにして側部に貫通穴が形成された金属製
の枠体を接合して容器を作製する工程と、前記搭載用基
板の前記上側主面に前記光半導体素子および前記支持部
材を搭載するとともに、平板状の光ファイバ固定部材の
中央部の貫通孔に挿通された前記光ファイバの一端部を
前記光半導体素子に光学的に結合するようにして前記支
持部材で支持固定する工程と、この搭載用基板を前記貫
通穴から前記容器の内部に挿入し前記基体の前記載置部
に載置固定する工程と、前記光ファイバ固定部材の一主
面の外周部を前記貫通穴の枠体外側開口の周囲に接合す
るとともに前記光ファイバを前記貫通孔に接着する工程
と、しかる後、前記枠体の上面に蓋体を接合する工程と
を具備することを特徴とする。

【００２３】本発明の光半導体装置の製造方法は、予め
光半導体素子に光学的に結合するように光ファイバの一
端部を支持固定した支持部材と光半導体素子とを上側主
面に搭載した搭載用基板を、枠体の貫通穴から光半導体
装置内部に挿入して、基体の載置部に載置固定すること
ができる。即ち、光ファイバの光入出力端面が光半導体
素子の光入出力端面のごく近傍で対向するようにして光
ファイバの一端部を支持部材で支持し、光ファイバを支
持部材上で上下左右に動かしながら光ファイバの位置合
わせを行ない、その後光ファイバの一端部を支持部材に
接着剤等で固定し、その状態で搭載用基板を枠体の貫通
穴から挿入して基体の載置部に載置固定するものであ
る。これにより、光ファイバと光半導体素子とが光学的
に結合するように光ファイバの位置合わせを行なうのが
きわめて容易になり、光半導体素子と光ファイバとの間
の光結合効率が良好になり、効率よく光信号を伝送させ
ることができる。また、光ファイバの位置合わせ作業の
作業効率が従来に比べて著しく改善される。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の光半導体装置およびその
製造方法について以下に詳細に説明する。図１は本発明
の光半導体装置について実施の形態の一例を示す断面
図、図２は光半導体装置の分解斜視図である。これらの
図において、１は基体、２は光ファイバ固定部材、３は
枠体、８は搭載用基板、９は支持部材、10は光半導体素
子、12は光ファイバである。

【００２５】本発明の基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金
やＣｕ−Ｗ合金等の金属から成り、そのインゴットに圧
延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施す
ことによって、所定形状に製作される。基体１の上側主
面には、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子10を搭載した搭載
用基板８を載置する載置部１ａが設けられる。

【００２６】また、基体１の上面の外周部には、載置部
１ａを囲繞するように接合されるとともに、側部に光フ
ァイバ12を固定するための固定部材２をその開口周囲に
取り付けるための貫通穴３ｂおよび入出力端子４を嵌着
接合するための取付部３ａを有する枠体３が立設されて
いる。この枠体３は基体１とともにその内側に光半導体
素子10を収容する容器を形成する。貫通穴３ｂは、搭載
用基板８を枠体３の内部に挿入させるため、光ファイバ
12の光軸方向から見た、搭載用基板８に光半導体素子10
および支持部材９を搭載した状態の全体の最大外形寸法
よりも大きな開口を有している。

【００２７】枠体３は、平面視形状が略長方形の枠状体
であり、固定部材２および入出力端子４を支持するもの
である。また、基体１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や
Ｃｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体１と一体成形され
る、または基体１にＡｇロウ等のロウ材を介してロウ付
けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合さ
れることによって、基体１の上面の外周部に立設され
る。

【００２８】入出力端子４はＡｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，３Ａｌ
₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂等のセラミックスから成る断面が逆Ｔ
字型（凸型）の部材であり、枠体３の取付部３ａに嵌め
込まれるとともに、入出力端子４と取付部３ａとの隙間
に溶融したＡｇロウ等のロウ材を毛細管現象により充填
させることで、枠体３に嵌着接合される。入出力端子４
には、枠体３内外を導通する複数のメタライズ配線層４
ａが被着形成され、入出力端子４は枠体２の一部となっ
て枠体２内外を気密に仕切るとともに、枠体２内外を導
通させる導電路としての機能を有する。

【００２９】入出力端子４は、例えばＡｌ₂Ｏ₃から成る
場合、以下のようにして作製される。まず、Ａｌ₂Ｏ₃，
酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化カルシウム（ＣａＯ），酸
化マグネシウム（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機バ
インダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状
となす。これを従来周知のドクターブレード法でシート
状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシー
トを得る。しかる後、これらのセラミックグリーンシー
トに適当な打ち抜き加工を施しメタライズ配線層４ａと
なる金属ペーストを印刷塗布して積層する。最後に、こ
の積層体の枠体３およびシールリング５と接合される面
に、メタライズ層となる金属ペーストを印刷塗布し、還
元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって製
作される。

【００３０】なお、メタライズ配線層４ａおよびメタラ
イズ層となる金属ペーストは、Ｗ，Ｍｏ（モリブデン）
等の高融点金属粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加
混合してペースト状となしたものを従来周知のスクリー
ン印刷法で印刷することにより、セラミックグリーンシ
ートおよびその積層体に印刷塗布される。

【００３１】メタライズ配線層４ａの枠体３外側の部位
には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る外部リー
ド端子７がＡｇロウ等のロウ材を介して取着される。一
方、メタライズ配線層４ａの枠体３内側の部位には、光
半導体素子10の各電極がボンディングワイヤ13を介して
電気的に接続される。

【００３２】枠体３および入出力端子４の上面には、Ｆ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り上面に蓋体６を溶
接するためのシールリング５がＡｇロウ等のロウ材を介
して接合される。

【００３３】本発明において、搭載用基板８は、その上
側主面に光半導体素子10に光学的に結合するように光フ
ァイバ12の一端部を支持した支持部材９を搭載してお
り、枠体３の貫通穴３ｂは、光ファイバ12の光軸方向か
ら見た、搭載用基板８に光半導体素子10および支持部材
９を搭載した状態の全体の最大外形寸法よりも大きな開
口を有している。即ち、基体１の載置部１ａに、光ファ
イバ12の一端部を支持固定した支持部材９と光半導体素
子10とを上側主面に搭載した搭載用基板８が載置固定さ
れる。そして、光ファイバ12の一端部が挿通されて半
田、樹脂接着剤等により接着された固定部材２が、貫通
穴３ｂの枠体３外側開口の周囲に接合されて光ファイバ
12が枠体３の側部に固定される。なお、図１で11は搭載
用基板８を成す絶縁基板である。

【００３４】搭載用基板８は、Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，３Ａ
ｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂等のセラミックスや樹脂等の絶縁体
基板11、またはシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板からな
り、図３に示すように、上側主面に、支持部材９を搭載
する第一の搭載部11ｂとＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子10
を搭載する第二の搭載部11ｃとがそれぞれ形成されてい
る。第一の搭載部11ｂと第二の搭載部11ｃとは、光ファ
イバの光軸方向に沿って形成されている。

【００３５】搭載用基板８がＡｌ₂Ｏ₃セラミックスから
成る場合、以下のようにして作製される。Ａｌ₂Ｏ₃，Ｓ
ｉＯ₂，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末に適当な有機バイ
ンダや可塑剤，分散剤，溶剤等を添加混合して泥漿状と
なす。これを従来周知のドクターブレード法でシート状
となすことによって複数枚のセラミックグリーンシート
を得る。しかる後、これらのセラミックグリーンシート
に適当な打ち抜き加工を施すか、またはＡｌ₂Ｏ₃，Ｓｉ
Ｏ₂，ＣａＯ，ＭｇＯ等の原料粉末を金型に充填しプレ
ス成型することによって、所定形状に成形する。その上
側主面に第一の搭載部11ｂと第二の搭載部11ｃとなる
Ｗ，Ｍｏ等からなる金属ペーストをスクリーン印刷法に
よって印刷塗布し、下側主面には基体１にＰｂ−Ｓｎ半
田等の低融点半田を介して固定するためのメタライズ層
となるＷ，Ｍｏ等からなる金属ペーストを印刷塗布す
る。最後に、還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成する
ことによって製作される。

【００３６】搭載用基板８がＡｌ₂Ｏ₃セラミックスから
成る場合、第一の搭載部11ｂ、第二の搭載部11ｃおよび
下面のメタライズ層は、その表面に耐蝕性に優れかつロ
ウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜９
μｍのＮｉ層と厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層を順次メッキ
法により被着させておくとよい。また、搭載用基板８が
Ｓｉから成る場合、第一の搭載部11ｂ、第二の搭載部11
および下側主面のメタライズ層に、厚さ0.5〜２μｍの
Ａｕ層を薄膜形成法により被着させておくとよい。

【００３７】このようにして形成された第一の搭載部11
ｂと第二の搭載部11ｃに、Ａｕ−Ｓｎ半田，Ａｕ−Ｇｅ
半田等の高融点半田を介して支持部材９と光半導体素子
10とをそれぞれ搭載固定することによって、搭載用基板
８が作製される。

【００３８】支持部材９は、Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，３Ａｌ
₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂等のセラミックス等の絶縁体やＳｉ等
の半導体からなる略直方体の部材であり、図４に示すよ
うに、その上面に光ファイバ12の一端部を支持するた
め、断面がＶ字状の溝９ａが直線状に形成されている。
そして、図３に示すように、溝９ａに、固定部材２の貫
通孔２ａに挿通させた光ファイバ12の一端部を配置して
支持し、光ファイバ12の一端部を溝９ａで上下左右に移
動させ、光ファイバ12の光入出力端面が光半導体素子10
の光入出力端面に対向するように光ファイバ12の位置合
わせを行なう。位置合わせが完了した後、紫外線（Ｕ
Ｖ）硬化樹脂等の接着剤によって光ファイバ12の一端部
を溝９ａに固定する。ＵＶ硬化樹脂を用いる場合、光フ
ァイバ12の位置合わせが完了した後、ＵＶを照射するこ
とによって短時間で光ファイバ12を固定でき、光ファイ
バ12の光入出力端面が光半導体素子10の光入出力端面に
対して位置ずれしにくいようにして、溝９ａに固定でき
るという効果がある。

【００３９】このように光ファイバ12が光半導体素子10
の近傍で固定されることから、光半導体素子10から大量
の熱が発生した場合、熱膨張によって生ずる光半導体素
子10と光ファイバとの位置ずれを最小限に抑制し、光半
導体素子10と光ファイバ12との光学的結合が劣化して光
結合効率が低下するのを防止でき、光半導体素子10と光
ファイバ12との間で効率よく光信号を伝送させることが
できる。

【００４０】本発明の固定部材２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金やＳＵＳ（ステンレススチール）等の金属から成る
平板の中央部に、光ファイバ12を挿通させるための貫通
孔２ａが設けられた形状である。また固定部材２は、そ
の一主面の外周部が貫通穴３ａの枠体３外側開口の周囲
にロウ材等で接合され、貫通穴３ａを塞ぐとともに光フ
ァイバ12を貫通孔２ａに挿通させ、光ファイバ12を枠体
３の側部に固定する。固定部材２の貫通孔２ａの周囲
は、光ファイバ12を安定に保持するための突起部とする
のがよく、光ファイバ12と貫通孔２ａとの接合面積を増
加させ、光ファイバ12を貫通孔２ａにより気密に接合さ
せることができる。

【００４１】固定部材２の厚さは0.3〜３ｍｍがよく、
0.3ｍｍ未満では、固定部材２の厚さが薄くなり、半導
体素子10を気密封止できなくなる場合がある。３ｍｍを
超えると、光半導体装置の大きさが大型化し、近時の小
型化要求を満足できなくなる。また、貫通孔２ａの周囲
に突起部がある場合、突起部の光軸方向の長さは固定部
材２の厚さの1.5〜10倍がよい。1.5倍未満では、光ファ
イバ12と貫通孔２ａとの接合面積を十分に確保できず、
光ファイバ12を貫通孔２ａに気密に保持できなくなる場
合がある。10倍を超えると、貫通孔２ａ内において光フ
ァイバ12を良好に移動できなくなり、また光半導体装置
が大型化して近時の小型化要求を満足できなくなる。

【００４２】また、固定部材２の貫通孔２ａの中心から
上側の長さ（高さ）が下側よりも長い方が好ましい。こ
の場合、熱膨張等に起因して枠体３が内側または外側に
反ることが多いが、固定部材２の上側が長いことで枠体
３の反り変形に追従することができ、その結果固定部材
２に大きな応力（歪み）が発生しないため、光ファイバ
12に大きな応力が加わらないこととなる。従って、光フ
ァイバ12に大きな応力が加わることによって光ファイバ
12に屈折率分布の変化等が生じるのを抑えることができ
る。

【００４３】そして、光ファイバ12を上側主面に固定し
た搭載用基板８を、枠体３の側部の貫通穴３ａより枠体
３内部に挿入し、載置部１ａに搭載用基板８の下面をＰ
ｂ−Ｓｎ半田等の低融点半田によって載置固定する。次
に、固定部材２の一主面の外周部を貫通穴３ａの枠体外
側開口の周囲にＰｂ−Ｓｎ半田等の低融点半田により半
田付けするかまたはシーム溶接法等の溶接法で接合す
る。次に、光ファイバ12を固定部材２の貫通孔２ａ内に
Ｐｂ−Ｓｎ半田等の低融点半田により半田付けするか樹
脂接着剤で接着する。そして、光半導体素子10の各電極
と、入出力端子４のメタライズ配線層４ａの枠体３内側
の部位とをボンディングワイヤ13を介して電気的に接続
する。最後に、シールリング５上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金等の金属から成る蓋体６をシームウエルド法等の溶
接法で接合し、基体１、枠体３、シールリング５および
蓋体６から成る容器内部に光半導体素子10を収容し気密
封止することで、製品としての光半導体装置となる。

【００４４】この光半導体装置は、基体１の端部がネジ
止め等によって外部電気回路基板に実装され、外部リー
ド端子７と外部電気回路とを接続することにより、内部
に収容した光半導体素子10が外部電気回路に電気的に接
続される。そして、外部電気回路から供給される電気信
号によって光半導体素子10に光を励起させ、この光を光
ファイバ12を介して外部に伝達することによって高速光
通信等に使用される。または、外部から光ファイバ12を
伝送してくる光信号を、光半導体素子10に受光させて光
信号を電気信号に変換することによって、高速光通信等
に使用される。

【００４５】次に、本発明の光半導体装置の製造方法を
図１の光半導体装置を製造する場合を例にとって説明す
る。

【００４６】まず、載置部１ａを有する基体１、取付部
３ａと貫通穴３ｂとが形成された枠体３、入出力端子
４、シールリング５および外部リード端子７を準備し、
基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように枠体３をＡ
ｇロウ等のロウ材で接合する。次に、枠体３の取付部３
ａに入出力端子４を、枠体３および入出力端子４の上面
にシールリング５を、メタライズ配線層４ａの枠体３外
側の部位に外部リード端子７を、それぞれＡｇロウ等の
ロウ材で接合し、光半導体素子10を収納するための容器
を形成する。

【００４７】次に、図３に示すように、上面に溝９ａが
形成された支持部材９、光半導体素子10、および第一の
搭載部11ｂと第二の搭載部11ｃが形成された搭載用基板
８を準備し、支持部材９と光半導体素子10をそれぞれ第
一の搭載部11ｂと第二の搭載部11ｃにＡｕ−Ｓｎ半田，
Ａｕ−Ｇｅ半田等の高融点半田で接合し、上側主面に支
持部材９と光半導体素子10とが搭載された搭載用基板８
を作製する。

【００４８】次に、図３に示すように、貫通孔２ａが形
成された固定部材２、搭載用基板８および光ファイバ12
を準備し、固定部材２の貫通孔２ａに光ファイバ12の一
端部を挿通させる。光ファイバ12の一端部を支持部材９
の溝９ａに配置し支持させ、光ファイバ12を溝９ａで上
下左右に移動させ、光ファイバ12の光入出力端面が光半
導体素子10の光入出力端面に対向するように光ファイバ
12の位置合わせを行なう。光半導体素子10との位置合わ
せが完了した後、ＵＶ硬化樹脂等の接着剤によって光フ
ァイバ12を溝９ａに固定する。

【００４９】このようにして、搭載用基板８の上側主面
で光半導体素子10と光ファイバ12との位置合わせを行な
い、その後搭載用基板８を載置部１ａに載置固定するこ
とにより、位置合わせの際に光ファイバ12と光半導体素
子10との距離を近づけて位置合わせができ、さらに光フ
ァイバ12を支持部材９上で大きな制約を受けることなく
上下左右に動かすことができる。その結果、光ファイバ
12の光入出力端面を光半導体素子10の光入出力端面に対
向させるように光ファイバ12の位置合わせを行なうこと
が容易になり、光半導体素子10と光ファイバ12との間で
光結合効率を良好にすることができる。また、光ファイ
バ12の位置合わせ作業効率を従来に比べて著しく改善で
きる。

【００５０】次に、光ファイバ12の一端部が固定された
搭載用基板８を、枠体３の側部の貫通穴３ａから基体１
と枠体３から成る容器の内部に挿入し、載置部１ａにＰ
ｂ−Ｓｎ半田等の低融点半田によって載置固定する。そ
して、固定部材２の一主面の外周部を貫通穴３ａの枠体
３外側開口の周囲にＰｂ−Ｓｎ半田等の低融点半田によ
り半田付けするかまたはシーム溶接法等の溶接法により
接合する。また、光ファイバ12を固定部材２の貫通孔２
ａに、溶融したＰｂ−Ｓｎ半田等の低融点半田を貫通孔
２ａに流し込んで半田付けする。

【００５１】次に、光半導体素子10の各電極と、入出力
端子４のメタライズ配線層４ａの枠体３内側の部位とを
ボンディングワイヤ13を介して電気的に接続する。最後
に、シールリング５上面に蓋体６をシームウエルド法等
の溶接法で接合し、基体１、枠体３、シールリング５お
よび蓋体６から成る容器内部に光半導体素子10を収容し
気密封止することで、製品としての光半導体装置とな
る。

【００５２】本発明において、図５に示すように、搭載
用基板８の上側主面に複数の光半導体素子10が搭載さ
れ、これらの光半導体素子10にそれぞれ対向するように
光ファイバ12を支持する支持部材９が搭載される形態で
もよい。この形態の場合、光ファイバ12が光半導体素子
10と同数本設けられ、固定部材２には光ファイバ12と同
数の貫通孔２ａが設けられる。このように複数の光半導
体素子10が搭載用基板８に搭載されることにより、光半
導体装置の多機能化と集積化が可能となる。この場合に
も、上述したように各光ファイバ12の位置合わせを行な
うことができ、光ファイバ12と光半導体素子10との光学
的結合が容易となって光結合効率が良好になる。また、
光半導体素子10の個数が多いほど、光ファイバ12の位置
合わせ作業の作業効率を従来に比べて大幅に改善でき
る。

【００５３】かくして、本発明の製造方法は、上側主面
に光半導体素子10および光ファイバ12の一端部を支持す
る支持部材９を搭載した搭載用基板８を載置する載置部
１ａを上面に有する金属製の基体１の上面の外周部に、
載置部１ａを囲繞するようにして側部に貫通穴３ｂが形
成された金属製の枠体３を接合して容器を作製する工程
と、搭載用基板８の上側主面に光半導体素子10および支
持部材９を搭載するとともに、平板状の光ファイバ固定
部材２の中央部の貫通孔２ａに挿通された光ファイバ12
の一端部を光半導体素子10に光学的に結合するようにし
て支持部材９で支持固定する工程と、この搭載用基板８
を貫通穴３ｂから容器の内部に挿入し基体１の載置部１
ａに載置固定する工程と、光ファイバ固定部材２の一主
面の外周部を貫通穴３ｂの枠体３外側開口の周囲に接合
するとともに光ファイバ12を貫通孔２ａに接着する工程
と、しかる後、枠体３の上面に蓋体６を接合する工程と
を具備する。

【００５４】上記の構成により、本発明の製造方法は、
光ファイバ12と光半導体素子10とが光学的に結合するよ
うに光ファイバ12の位置合わせを行なうのがきわめて容
易になり、光半導体素子10と光ファイバ12との間の光結
合効率が良好になり、効率よく光信号を伝送させること
ができる。また、光ファイバ12の位置合わせの作業効率
が著しく改善される。

【００５５】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施
すことは何等差し支えない。例えば、搭載用基板８がペ
ルチェ素子等の熱電冷却素子を介して載置部１ａに載置
固定されていてもよく、この場合、光半導体素子10の熱
を熱電冷却素子を介して基体１に強制的に伝達し、基体
１から大気中に放散することによって、光半導体素子10
の温度を常に定温として、光半導体素子10をより安定に
作動させることができる。

【００５６】

【発明の効果】本発明の光半導体装置は、光半導体素子
を搭載する搭載用基板は、その上側主面に光半導体素子
に光学的に結合するように光ファイバの一端部を支持し
た支持部材を搭載しており、枠体の貫通穴は、光ファイ
バの光軸方向から見た、搭載用基板に光半導体素子およ
び支持部材を搭載した状態の全体の最大外形寸法よりも
大きな開口を有していることにより、予め光半導体素子
に光学的に結合するように光ファイバの一端部を支持固
定した支持部材と光半導体素子とを上側主面に搭載した
搭載用基板を、枠体の貫通穴から光半導体装置内部に挿
入して、基体の載置部に載置固定することができる。従
って、光ファイバの一端部の光入出力端面を光半導体素
子の光入出力端面のごく近傍で対向するようにして支持
した状態で、搭載用基板を基体の載置部に載置できる。
その結果、光半導体素子から大量の熱が発生しても、熱
膨張によって生ずる光半導体素子と光ファイバとの位置
ずれを最小限に抑制し、光半導体素子と光ファイバとの
光学的結合が劣化して光結合効率が低下するのを防止で
き、光半導体素子と光ファイバとの間で効率よく光信号
を伝送し得る光半導体装置とすることができる。

【００５７】また、光ファイバ固定部材が平板状である
ことから貫通孔が短くなり、光ファイバを位置合わせす
るための移動が容易にでき、例えば複数の光ファイバを
良好に位置合わせした状態で使用できる。つまり、複数
の光ファイバの位置合わせが良好かつ効率良く行なえる
多芯型光ファイバ固定部材となる。

【００５８】本発明の光半導体装置の製造方法は、上側
主面に光半導体素子および光ファイバの一端部を支持す
る支持部材を搭載した搭載用基板を載置する載置部を上
面に有する金属製の基体の上面の外周部に、載置部を囲
繞するようにして側部に貫通穴が形成された金属製の枠
体を接合して容器を作製する工程と、搭載用基板の上側
主面に光半導体素子および支持部材を搭載するととも
に、平板状の光ファイバ固定部材の中央部の貫通孔に挿
通された光ファイバの一端部を光半導体素子に光学的に
結合するようにして支持部材で支持固定する工程と、こ
の搭載用基板を貫通穴から容器の内部に挿入し基体の載
置部に載置固定する工程と、光ファイバ固定部材の一主
面の外周部を貫通穴の枠体外側開口の周囲に接合すると
ともに光ファイバを貫通孔に接着する工程と、しかる
後、枠体の上面に蓋体を接合する工程とを具備している
ことにより、予め光半導体素子に光学的に結合するよう
に光ファイバの一端部を支持固定した支持部材と光半導
体素子とを上側主面に搭載した搭載用基板を、枠体の貫
通穴から光半導体装置内部に挿入して、基体の載置部に
載置固定することができる。即ち、光ファイバの光入出
力端面が光半導体素子の光入出力端面のごく近傍で対向
するようにして光ファイバの一端部を支持部材で支持
し、光ファイバを支持部材上で上下左右に動かしながら
光ファイバの位置合わせを行ない、その後光ファイバの
一端部を支持部材に接着剤等で固定し、その状態で搭載
用基板を枠体の貫通穴から挿入して基体の載置部に載置
固定するものである。これにより、光ファイバと光半導
体素子とが光学的に結合するように光ファイバの位置合
わせを行なうのがきわめて容易になり、光半導体素子と
光ファイバとの間の光結合効率が良好になり、効率よく
光信号を伝送させることができる。また、光ファイバの
位置合わせ作業の作業効率が従来に比べて著しく改善さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体装置について実施の形態の一
例を示す断面図である。

【図２】図１の光半導体装置の分解斜視図である。

【図３】図１の光半導体装置における搭載用基板の部分
を示す要部側面図である。

【図４】図１の光半導体装置における支持部材の拡大斜
視図である。

【図５】本発明の光半導体装置について実施の形態の他
の例を示す平面図である。

【図６】従来の光半導体装置の断面図である。

【図７】従来の光半導体装置の分解斜視図である。

【符号の説明】

１：基体 １ａ：載置部 ２：光ファイバ固定部材 ２ａ：貫通孔 ３：枠体 ３ｂ：貫通穴 ６：蓋体 ８：搭載用基板 ９：支持部材 10：光半導体素子 11：搭載用基板 12：光ファイバ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に搭載用基板を介して光半導体素子が
   載置される載置部を有する金属製の基体と、該基体の上
   面の外周部に前記載置部を囲繞するように接合され、側
   部に貫通穴が形成された金属製の枠体と、前記貫通穴の
   枠体外側開口の周囲に一主面の外周部が接合されるとと
   もに中央部に貫通孔が形成された平板状の光ファイバ固
   定部材と、該光ファイバ固定部材の前記貫通孔に一端部
   が挿通されて接着された光ファイバと、前記枠体の上面
   に接合された蓋体とを具備した光半導体装置において、
   前記搭載用基板は、その上側主面に前記光半導体素子に
   光学的に結合するように前記光ファイバの前記一端部を
   支持した支持部材を搭載しており、前記枠体の前記貫通
   穴は、前記光ファイバの光軸方向から見た、前記搭載用
   基板に前記光半導体素子および前記支持部材を搭載した
   状態の全体の最大外形寸法よりも大きな開口を有してい
   ることを特徴とする光半導体装置。
2. 【請求項２】上側主面に光半導体素子および光ファイバ
   の一端部を支持する支持部材を搭載した搭載用基板を載
   置する載置部を上面に有する金属製の基体の上面の外周
   部に、前記載置部を囲繞するようにして側部に貫通穴が
   形成された金属製の枠体を接合して容器を作製する工程
   と、 前記搭載用基板の前記上側主面に前記光半導体素子およ
   び前記支持部材を搭載するとともに、平板状の光ファイ
   バ固定部材の中央部の貫通孔に挿通された前記光ファイ
   バの一端部を前記光半導体素子に光学的に結合するよう
   にして前記支持部材で支持固定する工程と、 この搭載用基板を前記貫通穴から前記容器の内部に挿入
   し前記基体の前記載置部に載置固定する工程と、 前記光ファイバ固定部材の一主面の外周部を前記貫通穴
   の枠体外側開口の周囲に接合するとともに前記光ファイ
   バを前記貫通孔に接着する工程と、 しかる後、前記枠体の上面に蓋体を接合する工程とを具
   備することを特徴とする光半導体装置の製造方法。