JP3670530B2

JP3670530B2 - Optical semiconductor element storage package and optical semiconductor device

Info

Publication number: JP3670530B2
Application number: JP25940899A
Authority: JP
Inventors: 美津夫柳沢
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001085551A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザやフォトダイオード等の光半導体素子を収納し、光ファイバと光半導体素子とを光学的に結合させて使用する光半導体素子収納用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光半導体素子収納用パッケージ（以下、光パッケージという）を図２，図３に示す。図２（ａ）はリード端子６の一端が光パッケージの容器本体１の底面に接合されるとともに、リード端子６が容器本体１の側壁の延長面に沿うようにして容器本体１の底面から垂直下方に延びるよう設置されたものの斜視図、図２（ｂ）はリード端子６の一端が容器本体１の側壁に接続されるとともに、リード端子６が容器本体１の側壁の延長面に沿うようにして垂直下方に延びるよう設置されたものの斜視図、図３は従来の光パッケージ内部の側断面図である。これらの図に示すように、半導体レーザやフォトダイオード等の光半導体素子３を収納するための光パッケージは、基本的に、上面が開口された略直方体の箱体を成す容器本体１と、容器本体１の上面の開口を覆う金属蓋体２と、容器本体１の一側壁に設けられ光ファイバ９を固定するための円筒状の光ファイバ固定部材８と、容器本体１の他の対向する二側壁または底面に設けられ外部の駆動回路等に接続される複数のリード端子６とから成る。
【０００３】
そして、容器本体１はセラミックス等の電気絶縁材料から成り、その内部の底面の中央領域に光半導体素子３が載置固定される載置部１ａを有し、載置部１ａの周辺にはメタライズ層から成る配線導体５が形成される。その配線導体５は容器本体１の表面および内部を貫通して引き回され、容器本体１外表面に配置される複数のリード端子６に接続される。複数のリード端子６の全ては、図２に示すように、それらの一端が容器本体１の底面または側壁のいずれかに揃って接合されており、メタライズ層から成る配線導体５上にＡｇロウ等のロウ材を介して接合される（特許第２５８０１４２号公報参照）。また、容器本体１の一側壁には光ファイバ９を挿通させるための貫通孔１ｂが形成され、貫通孔１ｂの容器本体１の外面側の周囲に、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金（コバール），Ｆｅ−Ｎｉ合金等から成る円筒状の光ファイバ固定部材８が、リード端子６と同様に、メタライズ層とロウ材による接合構造によって接合される。
【０００４】
さらに、容器本体１の側壁上面には、コバール等から成る薄肉の金属枠体１２が、リード端子６と同様のメタライズ層とロウ材による接合構造によって接合され、金属枠体１２上にコバール等から成る金属蓋体２がシーム溶接等により接合される。この場合、金属枠体１２表面にはＮｉメッキ膜，Ａｕメッキ膜等の金属メッキ膜が被着されており、この金属メッキ膜は容器本体１の接地電極（図示せず）に接続されている。
【０００５】
そして、容器本体１の載置部１ａに光半導体素子３を、シリコン等から成る基板４を介して接着固定し、光半導体素子３の入出力電極等の各電極をボンディングワイヤ７を介して容器本体１内面の配線導体５に接続し、次に容器本体１の上部に金属枠体１２を介して金属蓋体２を接合し、容器本体１と金属蓋体２とからなる容器内部に光半導体素子３を気密に収納する。最後に、容器本体１側壁の光ファイバ固定部材８に光ファイバ９の端部をレーザ光線照射等によって溶着接合させ、光ファイバ９を容器本体１に固定することにより光半導体装置となる。
【０００６】
かかる光半導体装置は、例えば光ファイバ９から伝送された光信号を光半導体素子３によって受光し、電気信号に変換した後、外部の信号処理回路等に出力することによって、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用の光電変換装置として機能するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光パッケージにおいては、図２に示すように全てのリード端子６の接合部が同一面に配置されるため、光半導体素子３から出力される電気信号を伝送させる信号用リード端子６と、接地用リード端子６との間で容量結合が生じ易く、その結果信号用リード端子６と接地用リード端子６間に不要な電気的容量（キャパシタ）を並列的に挿入した回路と等価になる。
【０００８】
また、図２（ａ）のようにリード端子６の接合部が容器本体１の底面にある構成では、容器本体１の側壁上面のメタライズ層と、容器本体１の底面の接地用リード端子６が接合される接地電極用のメタライズ層とが、光パッケージ全体の接地電極（ケースグランド）であることから、これらのメタライズ層が内部の光半導体素子３の電位とで平行平板型のキャパシタを形成することになり、その結果リード端子６の接合部に不要なキャパシタを接続した構成となる。
【０００９】
すると、光ファイバ９から光半導体素子３に伝達された光信号が電気信号に変換され、光パッケージ外の信号処理回路に伝送される際に、信号用のリード端子６の寄生容量が大きいと電気信号への変換速度（応答速度）が小さくなって信号が遅延し、高速処理ができなくなるという問題があった。
【００１０】
一般に、前記応答速度はフォトダイオードの立ち上がり時間に相当し、フォトダイオード部の電気的回路構成は図４に示すようなＲ（抵抗），Ｃ（電気的容量）を有する等価回路で表される。なお、同図において交流電源部はフォトダイオードに相当する。この等価回路によると、Ｒ，Ｃの時定数による立ち上がり時間が０％から６３％になる時間ｔはｔ≒２．１９ＲＣで表され、Ｃが大きいと時間ｔが長くなる。このＣは、フォトダイオード内の電気的容量ばかりでなく、光パッケージで発生する電気的容量も含むことから、リード端子６の寄生容量も立ち上がり時間の遅延に大きく関係している。
【００１１】
また、図２のような従来の光パッケージの構成では、リード端子６の寄生容量は０．４ｐＦ程度であることが確認されており、これは図４の等価回路によるフォトダイオードの立ち上がり時間に変換すると約０．８７ｎｓとなる。一般には、０．５ｎｓ以下が高速処理用として有効とされており、このため上記従来の光パッケージは高速処理用には不向きであった。
【００１２】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度（応答速度）を向上させ、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有用なものとすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、電気絶縁材料から成り、上面の開口に金属蓋体が接合されて内部に光半導体素子を収納する略直方体の容器を構成する容器本体と、該容器本体の第１の側壁に設けた貫通孔に接合された筒状の光ファイバ固定部材と、前記容器本体の第２の側壁および前記容器本体の底面に設置された複数のリード端子とを具備して成り、該複数のリード端子は、信号用リード端子と接地用リード端子とをそれぞれ前記第２の側壁と前記底面とに分けて設置するとともに前記信号用リード端子の両側に前記接地用リード端子を並設したことを特徴とする。
また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に光半導体素子を収納したことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明は、上記構成により、信号用リード端子の容器本体との接合部と接地用リード端子の容器本体との接合部とが、平行して隣接していないため、これらの間で容量結合が発生せず、光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度（応答速度）が向上し、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有効なものとなる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、信号用リード端子を第２の側壁に設置し、接地用リード端子を底面に接合させた構成とする。このような構成により、信号用リード端子の容器本体との接合部と接地用リード端子の容器本体との接合部とが容量結合せず、さらに光パッケージの上面で金属枠体を介して金属蓋体を接合するためのメタライズ層と、光パッケージの底面に形成された接地電極用のメタライズ層との間で形成されるキャパシタの影響を、信号用リード端子の接合部が受けることがなくなるため、さらに応答速度が向上する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の光パッケージについて以下に説明する。図１は本発明の光パッケージＰを示し、（ａ）は光パッケージＰの側面図、（ｂ）は光パッケージＰの正面図である。同図において、１は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス等のセラミックス，プラスチックなどの電気絶縁材料から成りかつ内部に光半導体素子を収納する略直方体の光パッケージＰの容器本体、２は、コバール等から成り、容器本体１の上面の開口に金属枠体１２を介してシーム溶接等により接合される金属蓋体、５は、信号用リード端子６ａを容器本体１の第２の側壁Ｓ２，Ｓ２に接合するためのメタライズ層から成る配線導体、６ａは、光ファイバ固定部材８が接合される容器本体１の第１の側壁Ｓ１に隣接しかつ対向し合う第２の側壁Ｓ２，Ｓ２に接続された信号用リード端子、６ｂは、容器本体１の底面に接続された接地用リード端子であり、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは前記第２の側壁Ｓ２，Ｓ２の延長面に沿って下方に延びるように設置される。
【００１７】
また、８は、容器本体１の第１の側壁Ｓ１に形成された貫通孔に接合され、外部より挿入された光ファイバと内部の光半導体素子とを光学的に結合させる円筒状の光ファイバ固定部材、１２は、コバール等から成り容器本体１の側壁上面にメタライズ層および金属ロウ材を介して接合される金属枠体であり、金属枠体１２接合用の前記メタライズ層は、容器本体１の接地電位用の接地電極（ケースグランドであり、図示せず）に接合されている。また１３は、容器本体１の底面に形成され、接地用リード端子６ｂが接続される接地電極であり、容器本体１のケースグランドに接合されている。従って、容器本体１の上部と底面とは接地電位を形成することになる。なお、配線導体５と接地電極１３とは接続（短絡）されないように形成されることはいうまでもない。
【００１８】
本発明において、信号用リード端子６ａの容器本体１との接合部と接地用リード端子６ｂの容器本体１との接合部とを、それぞれ第２の側壁Ｓ２，Ｓ２と底面とに分けて設けるが、接合部以外では信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとは平行に隣接した状態であるため、ある程度容量結合している。従って、容量結合成分を小さくするには、信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとの間隔を大きくすることと、それらの接合部を長くすることが好ましい。そして、信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとの間隔は、１．０ｍｍ以上とするのが良く、１．０ｍｍ未満では容量結合による電気的容量値が上昇し始める。
【００１９】
また、図１に示すように、信号用リード端子６ａの両側に接地用リード端子６ｂがあるのが良く、この場合、より高周波の信号が伝送されると信号用リード端子６ａから空間に放射される成分が大きくなるが、信号用リード端子６ａの両側に接地用リード端子６ｂが存在することで疑似的な同軸線路構造を構成でき、空間放射成分を抑制して低損失で信号を伝送できる。
【００２０】
さらに、信号用リード端子６ａの接合部および接地用リード端子６ｂの接合部に相当するメタライズ層の面積をできるだけ小さくすることによって、電気的容量の低い構造とすることができ、これらの接合部の外形輪郭より幅０．１５〜０．２０ｍｍ分大きな外形輪郭を有するメタライズ層とするのが良い。この場合、信号用リード端子６ａ単体分および接地用リード端子６ｂ単体分の電気的容量値と同程度となる。前記幅が０．２０ｍｍを超えると電気的容量値が上がり始め、０．１５ｍｍ未満では接合強度が劣化する。
【００２１】
本発明において、配線導体５用、接地電極１３用、光ファイバ固定部材８接合用、および金属枠体１２接合用のメタライズ層は、公知のＷ，Ｍｏ，Ｍｎ等の高融点金属の粉末を含有する金属ペーストを塗布焼成したもの、またはＴｉ層，Ｐｔ層，Ａｕ層の３層をスパッタリング法等の薄膜形成法により順次成膜したものから成る。上記金属ペーストの場合、Ｗ粉末やＭｎ粉末等の金属粉末に有機樹脂バインダや溶剤を添加混合して得た金属ペーストを、容器本体１用のセラミックグリーンシートに公知のスクリーン印刷法等により所定パターンに印刷塗布しておき焼成することで、所定位置に被着形成される。そして、金属ペーストを塗布焼成したものの場合、さらにＮｉメッキ層を施し、Ａｇ−Ｃｕ共晶合金ロウ材により他の金属部材を接合するか、またはＮｉメッキ層，Ａｕメッキ層を施し、Ａｕ−Ｓｎ合金ロウ材により他の金属部材を接合する。また、Ｔｉ層，Ｐｔ層，Ａｕ層の３層をスパッタリング法により成膜したものの場合、Ａｕ−Ｓｎ合金ロウ材により他の金属部材を接合する。
【００２２】
なお、上記Ｎｉメッキ層，Ａｕメッキ層は、耐蝕性を付与するとともに接合強度を向上させるものであり、Ｎｉメッキ層の場合厚さ２〜６μｍ、Ａｕメッキ層の場合厚さ０．５〜５μｍ程度が良く、この厚さ範囲内であればメタライズ層の酸化腐食を有効に防止して高い接合強度が得られる。
【００２３】
また、信号用リード端子６ａに接続される配線導体５用のメタライズ層、および接地用リード端子６ｂに接続される接地電極１３用のメタライズ層は、容器本体１の表面および内部を貫通し引き回すようにパターン形成され、それらの一端側は、光半導体素子の電極にボンディングワイヤを介して接続される。そして、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは、外部の信号処理回路等用の回路基板に接続される。また、信号用リード端子６ａ，接地用リード端子６ｂは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る板材に打ち抜き加工，エッチング加工等を施すことにより所定形状に形成される。これらの信号用リード端子６ａ，接地用リード端子６ｂの表面には、耐蝕性に優れかつ金属ロウ材および半田と濡れ性の良好なＮｉメッキ層，Ａｕメッキ層等の金属メッキ層を１〜２０μｍの厚さで被着させるのが良く、この厚さ範囲内であれば信号用リード端子６ａ，接地用リード端子６ｂの酸化腐食を有効に防止して高い接合強度が得られる。
【００２４】
さらに、容器本体１の第１の側壁Ｓ１には、光ファイバを固定する円筒状の光ファイバ固定部材８が接合されるように取着される。この光ファイバ固定部材８の外側端部には、図３に示すように、光ファイバの端部を貫通孔に挿入固定するためのフランジ部材１ｃを金属ロウ材，接着剤または溶接等により接合し、これにより光半導体素子と光ファイバとの光軸を合致させた状態で光学的に結合させて固定する。
【００２５】
上記実施形態では、容器本体１の第２の側壁Ｓ２，Ｓ２に信号用リード端子６ａを、底面に接地用リード端子６ｂをそれぞれ接合しているが、これらの接合を互いに逆にの面に接合しても低電気的容量構造とし得る。また、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは前記第２の側壁Ｓ２，Ｓ２の延長面に沿って下方に延びるように設置されているが、容器本体１の底面の延長面に沿って側方（水平方向）に延びるように設置しても良い。あるいは、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂは、第２の側壁Ｓ２，Ｓ２の延長面に沿った下方または底面の延長面に沿った側方以外の方向に、平行して延びるように設けることも可能である。さらに、信号用リード端子６ａおよび接地用リード端子６ｂの接合部付近の根元部分を切断して、フリップチップ接合と同様の接合構造で他の回路基板等に搭載することもできる。
【００２６】
かくして、本発明は、信号用リード端子の容器本体との接合部と接地用リード端子の容器本体との接合部とが、平行して隣接していないため、これらの間で容量結合が発生せず、その結果光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度が向上し、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有効なものとなる。
【００２７】
例えば、図１の構成の場合、信号用リード端子６ａと接地用リード端子６ｂとの間に生じる電気的容量値を０．２ｐＦ以下に低減することができ、その結果光半導体素子の応答時間を０．５ｎｓ以下にすることが可能である。
【００２８】
尚、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行っても何等差し支えない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、電気絶縁材料から成り、上面の開口に金属蓋体が接合されて内部に光半導体素子を収納する略直方体の容器を構成する容器本体と、容器本体の第１の側壁に設けた貫通孔に接合された筒状の光ファイバ固定部材と、容器本体の底面に形成された接地電極と、容器本体の第２の側壁および容器本体の底面に設置された複数のリード端子とを具備して成り、複数のリード端子は、信号用リード端子と接地用リード端子とをそれぞれ第２の側壁と底面とに分けて設置したことにより、信号用リード端子の接合部と接地用リード端子の接合部が平行して隣接していないため、これらの間で容量結合が発生せず、光半導体素子による光信号から電気信号への変換速度が向上し、大容量の情報を高速伝送する光通信システム用として有効なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光パッケージを示し、（ａ）は光パッケージの側面図、（ｂ）は光パッケージの正面図である。
【図２】従来の光パッケージを示し、（ａ）はリード端子の接合部を光パッケージの底面に配置したものの斜視図、（ｂ）はリード端子の接合部を光パッケージの側壁に配置したものの斜視図である。
【図３】従来の光パッケージの側断面図である。
【図４】光半導体素子部の等価回路図である。
【符号の説明】
１：光パッケージの本体
２：金属蓋体
５：配線導体
６ａ：信号用リード端子
６ｂ：接地用リード端子
８：光ファイバ固定部材
１２：金属枠体
１３：接地電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a package for housing an optical semiconductor element that houses an optical semiconductor element such as a semiconductor laser or a photodiode and uses an optical fiber and an optical semiconductor element optically coupled.
[0002]
[Prior art]
A conventional optical semiconductor element storage package (hereinafter referred to as an optical package) is shown in FIGS. 2A, one end of the lead terminal 6 is joined to the bottom surface of the container body 1 of the optical package, and the lead terminal 6 is perpendicular to the bottom surface of the container body 1 so as to be along the extended surface of the side wall of the container body 1. FIG. 2B is a perspective view of what is installed so as to extend downward, and FIG. 2B is such that one end of the lead terminal 6 is connected to the side wall of the container body 1 and the lead terminal 6 is along the extended surface of the side wall of the container body 1. FIG. 3 is a side sectional view of the interior of a conventional optical package. As shown in these figures, an optical package for housing an optical semiconductor element 3 such as a semiconductor laser or a photodiode basically includes a container body 1 that forms a substantially rectangular parallelepiped box having an upper surface opened, and a container. A metal lid 2 that covers the opening on the upper surface of the main body 1, a cylindrical optical fiber fixing member 8 that is provided on one side wall of the container main body 1 and fixes the optical fiber 9, and two other opposing two of the container main body 1. And a plurality of lead terminals 6 provided on the side wall or bottom surface and connected to an external drive circuit or the like.
[0003]
The container body 1 is made of an electrically insulating material such as ceramics, and has a mounting portion 1a on which the optical semiconductor element 3 is mounted and fixed in the central region of the bottom surface inside thereof, and the periphery of the mounting portion 1a is metallized. A wiring conductor 5 composed of layers is formed. The wiring conductor 5 passes through the surface and the inside of the container body 1 and is connected to a plurality of lead terminals 6 arranged on the outer surface of the container body 1. As shown in FIG. 2, one end of each of the plurality of lead terminals 6 is joined to either the bottom surface or the side wall of the container body 1, and Ag brazing or the like is formed on the wiring conductor 5 made of a metallized layer. Are joined via a brazing material (see Japanese Patent No. 2580142). Further, a through hole 1b for inserting the optical fiber 9 is formed on one side wall of the container body 1, and iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt is formed around the outer surface side of the container body 1 of the through hole 1b. A cylindrical optical fiber fixing member 8 made of (Co) alloy (Kovar), Fe—Ni alloy or the like is joined by a joining structure of a metallized layer and a brazing material, like the lead terminal 6.
[0004]
Further, a thin metal frame 12 made of Kovar or the like is bonded to the upper surface of the side wall of the container body 1 by a bonding structure using a metallized layer and a brazing material similar to the lead terminal 6, and from the Kovar or the like on the metal frame 12. The formed metal lid 2 is joined by seam welding or the like. In this case, a metal plating film such as a Ni plating film or an Au plating film is deposited on the surface of the metal frame 12, and this metal plating film is connected to a ground electrode (not shown) of the container body 1. .
[0005]
Then, the optical semiconductor element 3 is bonded and fixed to the mounting portion 1a of the container body 1 via a substrate 4 made of silicon or the like, and the electrodes such as input / output electrodes of the optical semiconductor element 3 are connected to the container via bonding wires 7. Connected to the wiring conductor 5 on the inner surface of the main body 1, and then a metal lid 2 is joined to the upper part of the container main body 1 via a metal frame 12, and an optical semiconductor is formed inside the container composed of the container main body 1 and the metal lid 2 The element 3 is stored in an airtight manner. Finally, the end of the optical fiber 9 is welded and bonded to the optical fiber fixing member 8 on the side wall of the container body 1 by laser beam irradiation or the like, and the optical fiber 9 is fixed to the container body 1 to obtain an optical semiconductor device.
[0006]
Such an optical semiconductor device, for example, receives an optical signal transmitted from an optical fiber 9 by an optical semiconductor element 3, converts it into an electrical signal, and then outputs it to an external signal processing circuit or the like, thereby outputting a large amount of information at high speed. It functions as a photoelectric conversion device for an optical communication system for transmission.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional optical package, since the joint portions of all the lead terminals 6 are arranged on the same surface as shown in FIG. 2, the signal lead terminals for transmitting the electrical signals output from the optical semiconductor element 3 are used. 6 is easily equivalent to a circuit in which unnecessary electrical capacitance (capacitor) is inserted in parallel between the signal lead terminal 6 and the ground lead terminal 6. become.
[0008]
Further, in the configuration in which the joint portion of the lead terminal 6 is on the bottom surface of the container body 1 as shown in FIG. 2A, the metallized layer on the upper surface of the side wall of the container body 1 and the ground lead terminal 6 on the bottom surface of the container body 1 are provided. Since the metallized layer for the ground electrode to be joined is the ground electrode (case ground) of the entire optical package, these metallized layers form a parallel plate type capacitor with the potential of the internal optical semiconductor element 3. As a result, an unnecessary capacitor is connected to the joint portion of the lead terminal 6.
[0009]
Then, when the optical signal transmitted from the optical fiber 9 to the optical semiconductor element 3 is converted into an electrical signal and transmitted to the signal processing circuit outside the optical package, if the parasitic capacitance of the signal lead terminal 6 is large, the electrical signal There has been a problem that the signal conversion speed (response speed) is reduced, the signal is delayed, and high-speed processing cannot be performed.
[0010]
In general, the response speed corresponds to the rise time of a photodiode, and the electrical circuit configuration of the photodiode portion is represented by an equivalent circuit having R (resistance) and C (electric capacity) as shown in FIG. In the figure, the AC power source corresponds to a photodiode. According to this equivalent circuit, the time t when the rise time based on the time constants of R and C is 0% to 63% is represented by t≈2.19RC, and when C is large, the time t becomes long. Since C includes not only the electric capacitance in the photodiode but also the electric capacitance generated in the optical package, the parasitic capacitance of the lead terminal 6 is greatly related to the rise time delay.
[0011]
Further, in the configuration of the conventional optical package as shown in FIG. 2, it is confirmed that the parasitic capacitance of the lead terminal 6 is about 0.4 pF, which is converted into the rise time of the photodiode by the equivalent circuit of FIG. Then, it becomes about 0.87 ns. In general, 0.5 ns or less is effective for high-speed processing, and the conventional optical package is not suitable for high-speed processing.
[0012]
Accordingly, the present invention has been completed in view of the above circumstances, and its object is to improve the conversion speed (response speed) from an optical signal to an electrical signal by an optical semiconductor element, and to transmit a large amount of information at high speed. It is intended to be useful for an optical communication system.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The package for housing an optical semiconductor element of the present invention comprises a container main body that is made of an electrically insulating material, and that forms a substantially rectangular parallelepiped container in which a metal lid is bonded to the opening on the upper surface and stores the optical semiconductor element therein, and the container main body A cylindrical optical fiber fixing member joined to a through-hole provided in the first side wall, and a plurality of lead terminals installed on the second side wall of the container body and the bottom surface of the container body. The plurality of lead terminals include a signal lead terminal and a ground lead terminal which are divided into the second side wall and the bottom surface, respectively, and the ground lead terminals are arranged on both sides of the signal lead terminal. It is characterized by being arranged side by side.
The optical semiconductor device of the present invention is characterized in that the optical semiconductor element is accommodated in the optical semiconductor element accommodation package.
[0014]
In the present invention, since the joint portion between the signal lead terminal and the container body and the joint portion between the ground lead terminal and the container body are not adjacent to each other in parallel, the capacitive coupling is established between them. Therefore, the conversion speed (response speed) from an optical signal to an electrical signal by the optical semiconductor element is improved, and the optical semiconductor device is effective for an optical communication system for transmitting a large amount of information at high speed.
[0015]
In the present invention, the signal lead terminal is preferably installed on the second side wall, and the ground lead terminal is joined to the bottom surface. With such a configuration, the joint between the signal lead terminal and the container body of the signal lead terminal and the joint of the ground lead terminal with the container body are not capacitively coupled, and the metal lid is placed on the upper surface of the optical package via the metal frame. Since the joint of the signal lead terminal is not affected by the capacitor formed between the metallized layer for joining the body and the metallized layer for the ground electrode formed on the bottom surface of the optical package, Furthermore, the response speed is improved.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical package of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an optical package P of the present invention, where (a) is a side view of the optical package P, and (b) is a front view of the optical package P. In the figure, reference numeral 1 is a container body of a substantially rectangular parallelepiped optical package P made of an electrically insulating material such as ceramics such as alumina (Al ₂ O ₃ ) ceramics, plastic, and the like, and 2 is Kovar. And a metal lid body 5 which is joined to the opening on the upper surface of the container body 1 by seam welding or the like via the metal frame 12, and the signal lead terminal 6a is connected to the second side walls S2 and S2 of the container body 1. The wiring conductor 6a composed of a metallized layer for bonding to the first and second side walls S2 and S2 adjacent to and opposite to the first side wall S1 of the container body 1 to which the optical fiber fixing member 8 is bonded is connected. The signal lead terminal 6b is a ground lead terminal connected to the bottom surface of the container body 1, and the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b are extended from the second side walls S2 and S2. It is installed so as to extend downwardly along the surface.
[0017]
A cylindrical optical fiber fixing 8 is joined to a through-hole formed in the first side wall S1 of the container body 1 and optically couples an optical fiber inserted from the outside with an internal optical semiconductor element. The member 12 is made of Kovar or the like and is a metal frame that is joined to the upper surface of the side wall of the container body 1 via a metallized layer and a metal brazing material. The metallized layer for joining the metal frame 12 It is joined to a ground electrode for ground potential (case ground, not shown). Reference numeral 13 denotes a ground electrode formed on the bottom surface of the container body 1 and connected to the ground lead terminal 6b, and is joined to the case ground of the container body 1. Accordingly, the upper and bottom surfaces of the container body 1 form a ground potential. Needless to say, the wiring conductor 5 and the ground electrode 13 are formed so as not to be connected (short-circuited).
[0018]
In the present invention, the joint between the signal lead terminal 6a and the container body 1 and the joint between the ground lead terminal 6b and the container body 1 are provided separately on the second side walls S2 and S2 and the bottom surface, respectively. Since the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b are adjacent to each other in parallel except for the joint, they are capacitively coupled to some extent. Therefore, in order to reduce the capacitive coupling component, it is preferable to increase the distance between the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b and to lengthen the junction between them. The distance between the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b is preferably 1.0 mm or more. When the distance is less than 1.0 mm, the electric capacitance value due to capacitive coupling starts to increase.
[0019]
In addition, as shown in FIG. 1, it is preferable that there are ground lead terminals 6b on both sides of the signal lead terminal 6a. In this case, when a higher frequency signal is transmitted, the signal lead terminal 6a radiates into the space. However, the presence of the ground lead terminals 6b on both sides of the signal lead terminal 6a makes it possible to construct a pseudo coaxial line structure, and it is possible to transmit a signal with low loss by suppressing the spatial radiation component.
[0020]
Furthermore, by reducing the area of the metallized layer corresponding to the joint portion of the signal lead terminal 6a and the joint portion of the ground lead terminal 6b as much as possible, a structure having a low electric capacity can be obtained. A metallized layer having an outer contour that is 0.15 to 0.20 mm wider than the outer contour is preferable. In this case, the electric capacity is equivalent to that of the signal lead terminal 6a alone and the ground lead terminal 6b alone. When the width exceeds 0.20 mm, the electric capacitance value starts to increase, and when the width is less than 0.15 mm, the bonding strength deteriorates.
[0021]
In the present invention, the metallized layers for the wiring conductor 5, the ground electrode 13, the optical fiber fixing member 8 and the metal frame 12 contain a known high melting point metal powder such as W, Mo and Mn. A metal paste applied and fired, or a film formed by sequentially forming a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer by a thin film forming method such as a sputtering method. In the case of the metal paste, a metal paste obtained by adding and mixing an organic resin binder or a solvent to a metal powder such as W powder or Mn powder is applied to a ceramic green sheet for the container body 1 by a known screen printing method or the like. It is applied and formed on a predetermined position by printing and applying to the substrate. In the case where the metal paste is applied and fired, a Ni plating layer is further applied, and another metal member is joined with an Ag—Cu eutectic alloy brazing material, or a Ni plating layer or an Au plating layer is applied, and Au—Sn is applied. Other metal members are joined by an alloy brazing material. In addition, in the case where a Ti layer, a Pt layer, and an Au layer are formed by sputtering, another metal member is bonded with an Au—Sn alloy brazing material.
[0022]
The Ni plating layer and the Au plating layer provide corrosion resistance and improve the bonding strength. The Ni plating layer has a thickness of 2 to 6 μm, and the Au plating layer has a thickness of 0.5 to 5 μm. If the thickness is within this range, the metallized layer is effectively prevented from oxidative corrosion and high joint strength can be obtained.
[0023]
Further, the metallized layer for the wiring conductor 5 connected to the signal lead terminal 6a and the metallized layer for the ground electrode 13 connected to the ground lead terminal 6b pass through the surface and the inside of the container body 1 so as to be routed. The one end side thereof is connected to the electrode of the optical semiconductor element through a bonding wire. The signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b are connected to an external circuit board for a signal processing circuit or the like. The signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b are made of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy or an Fe—Ni alloy. For example, punching, etching, or the like is performed on a plate material made of an Fe—Ni—Co alloy. By applying, it is formed into a predetermined shape. On the surfaces of these signal lead terminals 6a and ground lead terminals 6b, a metal plating layer such as a Ni plating layer or an Au plating layer having excellent corrosion resistance and good wettability with a metal brazing material and solder is 1 to 20 μm. In this thickness range, it is possible to effectively prevent oxidative corrosion of the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b and to obtain a high bonding strength.
[0024]
Further, a cylindrical optical fiber fixing member 8 for fixing the optical fiber is attached to the first side wall S1 of the container body 1 so as to be joined. As shown in FIG. 3, a flange member 1c for inserting and fixing the end portion of the optical fiber into the through hole is joined to the outer end portion of the optical fiber fixing member 8 by a metal brazing material, an adhesive, welding, or the like. Thus, the optical semiconductor element and the optical fiber are optically coupled and fixed in a state in which the optical axes are matched.
[0025]
In the above embodiment, the signal lead terminal 6a is joined to the second side walls S2 and S2 of the container body 1 and the ground lead terminal 6b is joined to the bottom surface, but these joints are joined to opposite surfaces. Even so, a low electric capacity structure can be obtained. The signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b are installed so as to extend downward along the extended surfaces of the second side walls S2 and S2, but along the extended surface of the bottom surface of the container body 1. You may install so that it may extend to a side (horizontal direction). Alternatively, the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b extend in parallel in a direction other than the lower side along the extended surface of the second side walls S2 and S2 or the side along the extended surface of the bottom surface. It is also possible to provide it. Furthermore, the base portion in the vicinity of the joint between the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b can be cut and mounted on another circuit board or the like with a joint structure similar to the flip-chip joint.
[0026]
Thus, according to the present invention, since the joint portion between the signal lead terminal and the container body and the joint portion between the ground lead terminal and the container body are not adjacent in parallel, capacitive coupling occurs between them. As a result, the conversion speed from the optical signal to the electrical signal by the optical semiconductor element is improved, and the optical semiconductor device is effective for an optical communication system that transmits high-capacity information at high speed.
[0027]
For example, in the case of the configuration of FIG. 1, the electric capacitance value generated between the signal lead terminal 6a and the ground lead terminal 6b can be reduced to 0.2 pF or less, and as a result, the response time of the optical semiconductor element can be reduced. It can be 0.5 ns or less.
[0028]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0029]
【The invention's effect】
The present invention is made of an electrically insulating material, and is provided on a first side wall of a container main body that forms a substantially rectangular parallelepiped container in which a metal lid is bonded to an opening on an upper surface and accommodates an optical semiconductor element therein. A cylindrical optical fiber fixing member bonded to the through hole, a ground electrode formed on the bottom surface of the container body, and a plurality of lead terminals installed on the second side wall of the container body and the bottom surface of the container body The plurality of lead terminals are formed by dividing the signal lead terminal and the ground lead terminal into the second side wall and the bottom surface, respectively, so that the joint of the signal lead terminal and the ground lead terminal Since the joints are not adjacent in parallel, capacitive coupling does not occur between them, the optical semiconductor element improves the conversion speed from optical signals to electrical signals, and optical communication that transmits high-capacity information at high speed Effective for system use It made.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an optical package of the present invention, in which (a) is a side view of the optical package and (b) is a front view of the optical package.
FIGS. 2A and 2B show a conventional optical package, in which FIG. 2A is a perspective view of a lead terminal joint disposed on the bottom surface of the optical package, and FIG. 2B is a lead terminal joint disposed on the side wall of the optical package; It is a perspective view.
FIG. 3 is a side sectional view of a conventional optical package.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of an optical semiconductor element portion.
[Explanation of symbols]
1: Optical package body 2: Metal lid 5: Wiring conductor 6a: Signal lead terminal 6b: Ground lead terminal 8: Optical fiber fixing member 12: Metal frame 13: Ground electrode

Claims

A container body made of an electrically insulating material and having a substantially rectangular parallelepiped container in which a metal lid is bonded to the opening on the upper surface and accommodates the optical semiconductor element therein, and a through hole provided in the first side wall of the container body and bonded cylindrical optical fiber fixing member, before Symbol made with and a second side wall and a plurality of lead terminals disposed on a bottom surface of the container body of the container main body, the lead terminals of the plurality of the signal An optical semiconductor comprising: a lead terminal for grounding and a grounding lead terminal separately provided on the second side wall and the bottom surface, respectively, and the grounding lead terminals arranged side by side on both sides of the signal lead terminal Package for element storage.

An optical semiconductor device comprising an optical semiconductor element housed in the optical semiconductor element housing package according to claim 1.