JPH05175614A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 容易に製造できる構成をとることにより低コ
ストに光半導体装置を提供すること。 【構成】 光学窓部３を有する筐体５内に発光素子１と
受光素子４を内蔵し、発光素子１の前方端面から射出し
た光を窓部３より出力する光半導体装置において、発光
素子１のマウント面と受光素子４のマウント面とが平行
状態をなし、発光素子１の後方端面から前記マウント面
と水平方向に発する光を反射して受光素子４に導くため
の反射光学部材７を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発光素子と受光素子とを
１つの筐体に内蔵した光半導体装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術とその課題】半導体レーザ光源は軽量コンパ
クトであるため様々な機器で広く使用されている。しか
しながら半導体レーザには発光素子の素子発熱や素子劣
化によるレーザパワー変動という問題がある。そこでこ
れに対処して安定した光出力を得るための方法の一つと
して、半導体レーザ発光素子の光出力を取り出す前側端
面の反対側の後側端面から出力されるモニタ用の光を光
源チップ内に内蔵するモニタ用受光素子により強度モニ
タして、これを基にフィードバック駆動させることによ
り光出力を安定化させる方法、いわゆるＡＰＣ(Auto Po
wer Control)駆動が従来から知られている。

【０００３】半導体レーザ発光素子の射出光はその構造
上、積層面方向すなわちマウント面と平行方向に射出さ
れる。一方、モニタ用受光素子の受光面は素子表面に形
成されるため、受光素子に導光させるためには入射光は
マウント面に対して水平以外の角度を持たなければなら
ない。そのため従来は半導体レーザとモニタ用受光素子
のマウント面は９０度に近い角度をなしてマウントさせ
ているのが一般的である。このとき受光素子に入射した
モニタ用のレーザ光が受光素子で反射して反射光として
発光素子に戻ったりあるいは反射光が出力窓から漏出し
てゴースト光になることを防ぐため、モニタ受光素子を
僅かに傾斜させてマウントさせている。図６は従来の半
導体レーザ光源のパッケージ構造を示す構成図で、図
中、１は発光素子、４は受光素子、９はステム、１０は
金属製のキャップ、１１は透明ガラス板である。上記の
理由により受光素子４は傾斜マウントされている。

【０００４】ところが、このような実装構造を採用する
と、以下のような製造上の問題点が存在する。

【０００５】（１） 半導体レーザの発光素子とモニタ
用受光素子のマウント面が、９０度に近い角度をもって
いるため、製造時のチップマウントの際に吸着コレット
が干渉しないように配置しなければならず、高密度実装
が困難である。

【０００６】（２） マウント面が異なっているため、
製造時にチップと外部リードとの電気的接続を行うワイ
ヤボンディング装置は異なる装置を用いなければならな
い。もしくはパッケージを保持するステージ部に回転機
構を持たせなければならず、製造装置が複雑な機構とな
ってしまう。

【０００７】（３） 受光素子のワイヤボンディング面
（１ｓｔボンディング）とリードのボンディング面（２
ｎｄボンディング）が平行面ではないため、どちらかの
面に対して合わせた場合、反対側のボンディング性が低
下する。そのため、ここでもパッケージを保持するステ
ージ部に１ｓｔ、２ｎｄボンディングを行う間に、キャ
ピラリに対する角度を９０度になるような調整する機構
部を持たせなければならず、製造装置が複雑な機構にな
るのは避けられない。

【０００８】一方、別の従来例として、特開平３−２１
４１１２号公報に開示されるＣＤ用光学式ピックアップ
のレーザカプラユニットの構成図を図７に示す。図中、
１は発光素子、１２はプリズム、１３は受光素子、１４
は半導体基板である。この種のピックアップでは、半導
体レーザ発光素子の放熱性向上のために設けられるシリ
コンサブマウントに受光素子を設けて小型化している。
これは例えば特開昭６１−８８５８８号公報，特開昭６
１−９０４８８号公報，特開昭６１−９５５９１号公報
等に開示されている。

【０００９】この様な構成では、２チップ構成の従来例
に較べて１チップ化することにより装置の小型化を達成
することができ、しかもボンディング面は平面内に存在
するため、ワイヤボンディングを行う際にボンディング
装置に複雑な機構部を設ける必要もないが、以下のよう
な問題点が存在する。

【００１０】（１） 半導体レーザ発光素子からの射出
光は、受光部に対し平行方向に射出されるため、受光素
子に入射する光は発光素子の前側端面から放射される斜
入射光であり、そのため出力光の最も光強度の高い中心
部をモニタするためには受光部サイズを大型化しなけれ
ばならない。又、斜入射光をモニタしているため、発光
素子の素子ばらつきや発光素子のマウント時のばらつき
により放出光角度がばらついて、受光素子の検出出力値
のばらつきの要因となる。

【００１１】（２） 半導体レーザ発光素子のサブマウ
ントに受光素子を設けているため、発光素子の発熱によ
りサブマウントが温度上昇して受光素子の温度特性によ
り感度特性が変化し、発光素子の光出力の変化なのかあ
るいは受光素子の温度上昇による変化かの識別が難しく
なり、正確な光出力のモニタが困難になる。これは特に
半導体レーザの光出力をアナログ的に使用する場合に大
きな問題となる。

【００１２】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
ので、容易に製造できる構成をとることにより低コスト
に光半導体装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題を解決
する本発明は、光学窓部を有する筐体内に発光素子と受
光素子を内蔵し、前記発光素子の前方端面から射出した
光を前記窓部より出力する光半導体装置において、前記
発光素子のマウント面と前記受光素子のマウント面とが
平行状態をなし、前記発光素子の後方面から前記マウン
ト面と水平方向に発する光を反射して前記受光素子に導
くための反射光学部材を有することを特徴とするもので
ある。

【００１４】この構成によって、発光素子の後側端面か
ら発した光は光学反射部材によって受光素子に確実に導
光される。又、発光素子と受光素子とを平行状態をなす
面にそれぞれマウントするため、マウントする際の吸着
コレットの干渉がなく、発光素子と受光素子とを近接し
てマウントすることができる。又、マウントされた発光
素子と受光素子の電気的接続部も平行状態をなす面に存
在するため、発光素子と受光素子のワイヤボンダ装置も
同一の装置を使用でき、又、ステージ部に複雑な機構を
持たせる事なくワイヤボンディングが可能となる。

【００１５】

【実施例】［実施例１］図１は第１の実施例を表す光半
導体装置の構成を示す三面図である。同図において、１
は半導体レーザの発光素子、２は反射ミラー、３は封止
用ガラス板、４は光出力モニタ用の受光素子、５はセラ
ミックからなる筐体、６は電極、７は反射ミラーであ
る。なお、反射ミラー７をプリズムや凹面鏡等、光束を
所望の方向に折曲げる機能をもつ光学部品に置き換えて
も良い。この構成において、発光素子１の前側端面から
水平方向に射出したレーザ光は反射ミラー２で直角方向
に反射され、光学窓部である透明なガラス板３から外部
に出力される。又、発光素子１の後方端面から水平方向
に射出した光は反射ミラー７で直角方向に反射され受光
素子４に導光される。この受光素子４の検出出力は電極
６から取り出すことができ、ＡＰＣ制御等に利用され
る。

【００１６】本実施例の装置の製造手順は以下の通りで
ある。まず筐体５に受光素子４をダイボンディングす
る。次にサブマウントにマウントされた発光素子１を筐
体５にダイボンディングする。このとき受光素子４の受
光面高さ（受光素子のチップ厚み）が発光素子１の発光
面高さよりも低くなるように、サブマウント厚みもしく
は筐体５の発光素子１のマウント部の高さもしくは受光
素子４の高さを決定する。本実施例では受光素子４の厚
みは２００μｍ、発光素子１のサブマウントの厚みは５
００μｍとした。

【００１７】次に発光素子１の電極部（チップ上面）と
筐体５の電極部６とを、更には受光素子４の電極（図示
せず）と筐体５の電極６とをワイヤボンダ装置を用いて
電気的に接続する。このとき筐体５をワイヤボンダ装置
のステージ部に、発光素子１の接続面とワイヤボンダ装
置のキャピラリが直交するようにセットすると、それぞ
れの接続面は平行状態つまり各接続面は常にキャピラリ
に対し直交する位置関係で高さのみが異なる状態とな
る。よって単純なステージのｘｙ方向への動きとキャピ
ラリのｚ方向への動きだけで発光素子１と受光素子４の
電気的接続を行なうことができる。

【００１８】次に発光素子１の出力光を反射して筐体５
から外部に取り出すためのミラー２を発光素子１の前方
にマウントする。又、封止用ガラス板３の所定の位置に
反射ミラー７をマウントし接着剤にて固定する。そし
て、この反射ミラー７が固定された封止用ガラス板３を
発光素子１等がマウントされた筐体５に被せ、封止用シ
ール材によりパッケージ内部を気密に封止する。

【００１９】以上のように本実施例の光半導体装置は従
来ものと比較して、単純な製造方法で極めて薄型化され
る。又、発光素子の出力光の中心部（光軸）付近の光が
受光素子に導かれるため正確に光出力モニタを行うこと
ができる。又、発光素子と受光素子が分離されているた
め、受光素子は発光素子の発熱による影響が少ないとい
う利点も有する。

【００２０】［実施例２］図２は第２実施例による光半
導体装置の構成を示す断面図であり、図１と同一の符号
は同一もしくは同等の部材を示す。本実施例は光学反射
部材としてプリズム８を用いてこれを筐体５の内部側壁
に固定したことを特徴とする。なお、プリズム８は反射
ミラーや凹面鏡に置き換えても良い。

【００２１】製造手順は、半導体レーザの発光素子１及
び受光素子４をマウントしてワイヤボンディングし、次
にプリズム８をセラミックの筐体５の側面に接着剤によ
り固定する。そして封止用ガラス板３を筐体５に被せ、
封止用シール材によりパッケージ内を気密封止する。

【００２２】又、本実施例では筐体５の内部側壁にプリ
ズム８を貼付けたが、変形例として図３に示すように受
光素子４のマウントされる側面の筐体５に段差部を設
け、その段差部にプリズム８をマウントしても同様の作
用効果を得ることができる。

【００２３】［実施例３］図４は第３実施例による光半
導体装置を示す断面図である。本実施例は光学反射部材
であるプリズム８を受光素子４の上に直接固定したこと
を特徴とする。製造手順は、上記と同様に半導体レーザ
の発光素子１、受光素子４をマウントしてワイヤボンデ
ィングした後に、プリズム８を受光素子４の受光部上に
接着剤により貼りつける。次に封止用ガラス板３を筐体
５に被せ、封止用シール材によりパッケージ内部を気密
封止する。

【００２４】［実施例４］図５は第４実施例による光半
導体装置を示す断面図及び正面図である。本実施例はセ
ラミックパッケージの代わりに金属製のキャンパッケー
ジを使用したものである。金属製ステム９に半導体レー
ザの発光素子１及び受光素子４を図５のようにマウント
し、各素子の接続用電極とステム９に設けられたリード
ピンとをワイヤボンディングする。次にプリズム８を受
光素子４の受光部上に接着剤により貼り付けた後に、金
属製のキャップ１０を被せ、放電溶接によりパッケージ
内を気密封止する。キャップ１０の光射出用の開口には
透明ガラス板１１が取り付けられ、光学窓部を形成して
いる。

【００２５】［変形例］本発明は以上の実施例の形態に
は限定されず、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形
が可能である。例えば発光素子と受光素子とを実質的に
同一面上にマウントしても良い。又、発光素子は半導体
レーザ以外にも高輝度発光ＬＥＤ等も用いることができ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、容易に製造できる構成
をとることにより低コストに光半導体装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成図である。

【図２】第２実施例の構成図である。

【図３】第２実施例の変形例の構成図である。

【図４】第３実施例の構成図である。

【図５】第４実施例の構成図である。

【図６】従来の半導体レーザ光源パッケージの構成図で
ある。

【図７】従来のレーザカプラの構成図である。

【符号の説明】

１ 発光素子 ２ 反射ミラー ３ 封止用ガラス板 ４ 受光素子 ５ 筐体 ６ パッケージ電極 ７ 反射ミラー ８ 反射プリズム ９ ステム １０ 金属製キャップ １１ ガラス板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学窓部を有する筐体内に発光素子と受
   光素子を内蔵し、前記発光素子の前方端面から射出した
   光を前記窓部より出力する光半導体装置において、 前記発光素子のマウント面と前記受光素子のマウント面
   とが平行状態をなし、前記発光素子の後方面から前記マ
   ウント面と水平方向に発する光を反射して前記受光素子
   に導くための反射光学部材を有することを特徴とする光
   半導体装置。
2. 【請求項２】 前記反射光学部材はミラー又はプリズム
   を有する請求項１記載の光半導体装置。