JPH0629578A - 半導体発光素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 狭い発光領域を有する面発光型の半導体発光
素子に球状レンズを接着するために従来は面方向に球状
レンズが移動できないように嵌合穴を設けるかあるいは
複数の突起を形成しておりこれらによって球状レンズを
位置決めしていた。しかし嵌合穴、突起の中心と発光領
域の中心が食い違う場合がある。この場合にも最適の結
合状態にできるようにした球状レンズの接着法を提供す
る。 【構成】 発光面の上に複数の突起を中心点Ｏから等距
離も設けるが、球状レンズを中心点においた時これが突
起に接触しないようにする。予め発光領域の中心を求め
ておき、接着剤を塗付した後球状レンズを置き発光領域
の中心の方向へと移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光通信等に用いる発光
素子の製造方法に関する。半導体の発光素子としては発
光ダイオ−ドと半導体レ−ザがある。また材料としては
ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ系等がある。発光素子には面
発光型のものと、端面発光型の物がある。ここで対象と
するのは面発光型である。この場合光が狭い発光領域か
ら四方へ拡がってしまうのでレンズによって収束させ光
ファイバのコアに効率良く入射させる必要がある。光通
信や光計測に用いる場合は、発光素子チップの上に直接
に球状レンズを固定し光ファイバに結合している。ケ−
シングに発光素子チップを固定しレンズを有する蓋をケ
−シングに取り付けるというのではない。発光素子の発
光領域での光の分散が大きく光ファイバのコアが小さい
ので焦点距離が短く方向性の問題にならない球状レンズ
を直接に発光素子チップに固定する。

【０００２】

【従来の技術】特公昭５７−２９０６７号は、発光素子
チップの発光領域の上に嵌合穴を形成し、接着剤を塗付
し嵌合穴に球状レンズを内接させて固定する構造を提案
している。嵌合穴の縁にレンズが内接するので完全な位
置決めがなされる。発光領域の中心と嵌合穴の中心が一
致していれば球状レンズの中心と発光領域の中心が一致
する筈である。しかしながらこれは嵌合穴に接着剤を入
れてから球状レンズを嵌合させるので、粘度の高い接着
剤の場合は穴から接着剤が十分に排除されず球状レンズ
が穴の縁から浮いてしまうことがある。

【０００３】もうひとつの難点は発光領域の中心と嵌合
穴の中心のずれの問題である。つねに発光素子チップの
発光領域の中心と嵌合穴の中心が面と垂直な方向に合致
するとは限らない。もしも発光領域の中心と嵌合穴の中
心がずれていると、球状レンズの中心と発光領域の中心
がずれてしまい収束された光が面と直角な方向に出射さ
れない。これは発光素子の発光領域が光の出射面に近い
ほうにある場合には位置ずれは起こらないかもしれな
い。

【０００４】特開昭６０−１６１６８４号は嵌合穴から
接着剤が完全にでないという難点を解決しようとするも
のである。嵌合穴を発光素子に彫るのではなく、発光素
子の面に幾つかの突起を形成する。突起の上に接着剤を
塗付し球状レンズを上に置きこれを接着する。突起の位
置はそれらの中心が発光領域の中心に合致するように決
められる。また球状レンズがすべての突起と面とに接触
するように位置が決まっている。つまり球状レンズが発
光素子の上で動く余地は全くなく突起によって完全に位
置決めされる。一義的な位置決めがなされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような発光素子は
発光領域の面積が小さく、これに接続すべき光ファイバ
のコアの面積も小さい。両者を効率良く結合するために
は球状レンズの位置制御は面と平行な方向に２μｍ以内
の誤差範囲にある必要がある。ところが発光素子チップ
の裏面に発光領域を持つ場合はウエハの表裏で位置合わ
せをしなければならないのでどうしても誤差が大きくな
り最高の結合効率を得ることができない。前記の特開昭
６０−１６１６８４号では発光素子チップの発光領域か
ら遠いほうの面から光を外部に取り出している。つまり
発光領域をつくるウエハプロセスと突起を作るウエハプ
ロセスが異なる面に対して行われる。

【０００６】基板のうえに幾つかのエピタキシャル層を
成長させウエハプロセスによって個々のチップに対応す
る部分毎に狭い発光領域を作る。ウエハは２〜３インチ
の直径を持つがチップは３００〜５００μｍ角の小さい
ものである。発光領域や電極を形成したのちウエハを裏
返して発光領域の丁度上に当たる部分に複数の突起をエ
ッチングや蒸着とホトリソグラフィによって形成する。
前述のように発光領域と突起の中心の上下での位置誤差
が２μｍ以内になければならないが、ウエハは直径が大
きく、時に反りを伴うので表裏での位置合わせ誤差が大
きくなる。ために常に発光領域の中心と突起の中心が合
致するという訳ではない。特に面発光素子の場合はエピ
タキシャル成長により発光領域を設けた後、裏面を研削
し２００〜１００μｍ程度に薄くする。球状レンズとの
焦点距離を調整するためである。そうすると余計に反り
が著しくなる。

【０００７】もうひとつの問題は球状レンズである。こ
れの直径が規定の値よりも小さい時は複数の突起の全て
に接触するというわけにはゆかないから完全な位置決め
ができず誤差を生ずる。反対に球状レンズの直径が規定
の値よりも大きい時は突起のために球状レンズが面から
離れて上方へ変位する。ために光ファイバコアとの最適
の結合が得られないことがある。そのような可能性があ
るので従来はチップに球状レンズを取り付けた後に光を
通して結合効率の低いものを除くという作業を行う必要
があった。位置ずれを修正することができないので従来
の方法は製品の歩留りが低かった。

【０００８】発光素子チップの上に直接に球状レンズを
取り付ける半導体発光素子において発光領域の中心と突
起の中心が、上下方向に食い違う時にも常に最適の位置
決めができるようにした半導体発光素子の製造方法を提
供することが本発明の目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は狭い発光領域を
持つ発光素子チップの上に複数の突起を形成するのであ
るが、球状レンズがチップ面と全ての突起によって完全
に位置決めされず幾らかの空隙を持つようにし球状レン
ズがある程度動きうるようにする。予め発光素子を実際
に発光させカメラで発光の状態を観測し画像処理によっ
て画面上で発光中心の位置を求めこれを記憶させる。そ
の後発光素子チップの突起の中心部に接着剤を塗付し突
起の中心位置に球状レンズを置く。発光中心が突起の中
心と異なる場合は、チップ全体をその方向に傾ける。粘
度の高い接着剤の中を球状レンズが僅かに移動する。移
動後の位置で球状レンズが固定されるようにする。

【００１０】移動距離を決めるのはその方向に傾けた時
間と傾角である。傾斜時間が長く、傾角が大きければよ
り多くその方向へ球状レンズが変位する。それだけでは
球状レンズがチップ面から転がり落ちる惧れがあるので
前述の複数の突起を必要とするのである。突起は位置決
めというよりも転がり防止という意味が強い。最大の偏
奇をするときは、突起の内の一つまたは二つに接触して
球状レンズが止まる。球状レンズはチップの面と突起に
接触することになる。中間的な位置で球状レンズを固定
しなけばならないので、接着を瞬間的におこなうのが望
ましいのであるが、このためには紫外線硬化樹脂よりな
る接着剤を用いるのが良い。

【００１１】

【作用】発光素子の製造工程において、ウエハプロセス
を終わり、各発光素子のチップに切断してある。チップ
は電極を持ち適当な支持台に固定されている。ひとつの
チップについて、図４に示すように、球状レンズの半径
をｒ、突起の高さをｈ、複数の突起の中心点をＯとしこ
れを座標の原点とする。チップの上面をｘｙ面とする。
中心点Ｏからの突起までの距離をａとする。もしもｍ回
対称の位置にｍ個の突起があるとすると、突起の端点の
座標は、

【００１２】（ａcos ２πｉ／ｍ，ａsin ２πｉ／ｍ，
０） ｉ＝１，２，・・ｍ （１） 発光領域の中心Ｃは原点Ｏの下方ｂにあり、その座標を
（ｘ，ｙ，−ｂ）とする。発光中心の偏奇ｓは、

【００１３】 ｓ＝（ｘ² ＋ｙ² ）^1/2 （２） である。電極に電流を流し、これを発光させる。テレビ
カメラでこれを上方から監視し画像処理してチップ面に
対応する座標で発光中心の座標を求める。これが二次元
的に求められるのでこれは（ｘ，ｙ）である。発光中心
の座標は記憶装置に一次記憶される。

【００１４】ついで突起の中心部に適当な接着剤を塗付
する。チャックで球状レンズを把握しこれをチップ上面
の中心Ｏ点に置く。この時、球状レンズは何れの突起に
も接触していない。このための条件は、

【００１５】 ａ＞｛ｈ（２ｒ−ｈ）｝^1/2 ＝ｄ （３） である。水平方向に余裕つまり空隙Δがある。これは Δ＝ａ−｛ｈ（２ｒ−ｈ）｝^1/2 ＝ａ−ｄ （４）

【００１６】である。ついで支持台をベクトル（ｘ，
ｙ）の方向に傾ける。重力により球状レンズが低いほう
へ移動する。移動距離をｑとするとこれは接着剤の粘度
と傾角Θと時間ｔによる関数である。粘度は接着剤によ
って決まっている。ｑ＝ｓとなるように、この時の傾角
Θと時間ｔを決める。これにはいくつかの方法がありう
る。傾角Θを一定にして時間を変化させることによって
移動距離ｑを規定することができる。または反対に傾角
Θをパラメ−タとし時間を一定とすることもできる。さ
らに傾角Θ、時間ｔともにパラメ−タとしても良い。球
状レンズを発光中心の直上に位置させるためには、移動
距離ｑと、発光中心の偏奇を等しくするのが良い。つま
りｑ＝ｓとするべきであるが、必ずしも厳密に出来なく
ても良い。

【００１７】以上は重力に頼る調整であるが、球状レン
ズをチャックで掴んで厳密に発光中心の偏奇ｓに等しい
距離だけこれを変位させるようにしても良い。突起の役
割は第一にはストロ−クを限定することであり、 ｑ≦ａ （５） という条件があるので球状レンズが転がり落ちたり過度
に中心Ｏから離隔するのを防止することができる。さら
にもう一つは接着をより強くするという機械的な作用も
ある。ａの値は、発光領域の最大偏奇に等しく選ぶと、
どのような発光素子でも調整可能になる。また調整のた
めに移動する距離も小さくて済む。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の例に係る半導体発光素子の断
面図であり、図２は同じものの斜視図である。発光素子
チップ１はウエハをスクライブしてチップにしたもので
ある。この下方に狭い発光領域２がある。球状レンズ３
はこの発光素子が生ずる光に対して透明な材料よりなる
レンズである。これが発光素子チップ１の発光面４の上
に置かれている。発光面４には４つの突起５が形成され
ている。これらは中心Ｏに関して回転対称の位置に設け
られる。金属、誘電体を発光面４に蒸着して余分な部分
をエッチングして形成することができる。あるいはチッ
プそれ自体を突起を残すようにエッチングしても良い。

【００１９】発光素子チップ１の裏面の固定面７は何ら
かの支持台（図示しない）の上に固定されている。この
状態で、発光素子チップ１の電極（図示しない）に通電
し発光領域から光を出させる。上方からテレビカメラで
これを観察し発光像を得てこれを画像処理し、チップに
固定した座標での発光中心を求める。これは（ｘ，ｙ）
座標で規定できる。この値を記憶させる。発光中心の偏
奇ｓも計算される。

【００２０】発光素子チップ１の発光面４の上には球状
レンズ３が固定されるのであるが、先ず接着剤６を突起
を含む面に塗付してから、球状レンズ３をチャックで搬
送してこの上へ置く。球状レンズは突起５の中心Ｏ点に
仮に置かれる。この時、球状レンズ３は突起５の端点に
は接触していない。こうなるために球状レンズ３の半径
ｒと、突起５の中心点からの距離ａ、突起の高さｈには
（３）の条件が課される。

【００２１】ついで支持台ごとに発光素子チップ１を
（ｘ，ｙ）の方向へ傾ける。球状レンズ３はこの方向へ
変位する。変位量の調整のために傾き角と傾き時間とを
適当に設定しておく。これによって移動距離ｑと発光中
心の偏奇ｓとを等しくすることができる。図３はこのよ
うに変位した後の状態を示す断面図である。

【００２２】

【発明の効果】発光素子チップ１の発光領域が狭いと
き、球状レンズを位置決めするための突起を球状レンズ
の大きさに対して余裕をもって形成し、接着剤の中で球
状レンズが動きうるようにしている。このために球状レ
ンズを動かして微調整することができる。本発明では予
め発光素子ごとにカメラ等で発光領域を観察し中心の位
置を求めるから、球状レンズを仮に発光面の上に置いて
から的確に球状レンズを動かして正確な微調整ができ
る。従来のように球状レンズ中心が一義的に決まるもの
では、製品完成後に発光素子を発光させる試験をして結
合不良のものを除いていたので歩留りが悪かった。本発
明は接着剤を固定する前に球状レンズの位置を再調整で
きるので製品完成後光結合試験において不良になる割合
が激減した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体発光素子の断面
図。

【図２】同じものの斜視図。

【図３】発光素子チップを傾けて球状レンズを移動させ
ている状態を示す断面図。

【図４】突起、発光領域、球状レンズの相対的な位置関
係を規定するパラメ−タを示す図。

【符号の説明】

１ 発光素子チップ ２ 発光領域 ３ 球状レンズ ４ 発光面 ５ 突起 ６ 接着剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面発光型であって内部の狭い領域に発光
   領域を有する半導体発光素子のチップに直接に球状レン
   ズを接着するために、発光素子チップの発光面に、一点
   Ｏから等距離であって、点Ｏに球状レンズを置いたとき
   に球状レンズが接触しない位置に複数の突起を形成して
   おき、テレビカメラで発光素子チップを観察しながら発
   光素子を発光させ、発光領域の中心Ｃを求め、発光面に
   接着剤を塗付してから前記の発光面に球状レンズを置
   き、発光領域の中心Ｏの方向へ球状レンズを移動させ、
   移動後の位置において球状レンズを接着することを特徴
   とする半導体発光素子の製造方法。
2. 【請求項２】 面発光型であって内部の狭い領域に発光
   領域を有する半導体発光素子のチップに直接に球状レン
   ズを接着するために、発光素子チップの発光面に、一点
   Ｏから等距離であって、点Ｏに球状レンズを置いたとき
   に球状レンズが接触しない位置に複数の突起を形成して
   おき、テレビカメラで発光素子チップを観察しながら発
   光素子を発光させ、発光領域の中心Ｃを求め、発光面に
   接着剤を塗付してから前記の発光面に球状レンズを置
   き、発光素子チップの全体を傾けることにより発光領域
   の中心Ｏの方向へ球状レンズを移動させ、移動後の位置
   において球状レンズを接着することを特徴とする半導体
   発光素子の製造方法。
3. 【請求項３】 面発光型であって内部の狭い領域に発光
   領域を有する半導体発光素子のチップに直接に球状レン
   ズを接着するために、発光素子チップの発光面に、一点
   Ｏから等距離であって、点Ｏに球状レンズを置いたとき
   に球状レンズが接触しない位置に複数の突起を形成して
   おき、テレビカメラで発光素子チップを観察しながら発
   光素子を発光させ、発光領域の中心Ｃを求め、発光面に
   紫外線硬化樹脂の接着剤を塗付してから前記の発光面に
   球状レンズを置き、発光領域の中心Ｏの方向へ球状レン
   ズを移動させ、移動後の位置において紫外線硬化樹脂接
   着剤に紫外線を照射することにより接着剤を硬化させて
   球状レンズを接着することを特徴とする半導体発光素子
   の製造方法。