JP2004342967A

JP2004342967A - 光半導体装置およびその製造方法

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Publication number: JP2004342967A
Application number: JP2003140156A
Authority: JP
Inventors: Kenji Imaizumi; 憲二今泉; Yuzo Shimizu; 雄三志水; Tetsuo Chato; 哲夫茶藤; Katsuichi Osawa; 勝市大澤; Shinichi Miyamoto; 伸一宮本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】接着剤である紫外線硬化性樹脂の揮発成分をパッケージ外部に追い出し、残留して４５０ｎｍ以下の光を受光する際に硬化して異物となることを防止する光半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明の光半導体装置は、光半導体基板４およびこれを封止するためのパッケージ１および封止キャップ２からなり、パッケージ１は上面に開口部を有しており、その開口部を封止キャップ２で封止している。パッケージ１と封止キャップ２とは紫外線硬化性樹脂を介して接着されている。パッケージ１にはパッケージ内部の雰囲気を外に逃がすための孔３を設けている。光半導体基板４には受光素子５と受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子６とが形成されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、青色レーザ用光半導体基板を封止するためのパッケージおよび封止キャップを備えた光半導体装置およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現代の情報化社会の中で、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤなどの光ディスクは大容量でランダムアクセス可能なデジタルメディアとして必要不可欠なものとなっている。近年、光ディスク装置のなかで、青色レーザを用いた光ディスクが注目されている。従来の赤外レーザ（λ＝７８０ｎｍ）、赤色レーザ（λ＝６５０ｎｍ）に比べ、青色レーザ（λ＝４１０ｎｍ）は短波長であるため、光ディスク上での記録密度が大きく、光ディスクに記録する情報量の大容量化が可能である。
【０００３】
青色レーザを用いた光ピックアップにおいても、フォーカス信号、トラッキングエラー信号を検出するために受光素子が必要であり、防塵、防湿性等の観点から受光素子を搭載した半導体装置は通常、光を透過する窓を有したパッケージ内に封止されている。
【０００４】
従来の光半導体装置を図５に示す。通常、光半導体装置はパッケージ１内部に光半導体基板４を設置し、その後、光透過性の封止キャップ２を紫外線硬化性樹脂によってパッケージ１と接着し、光半導体基板４を封止する。紫外線硬化性樹脂を用いることにより、パッケージ１と封止キャップ２とを紫外線を照射して瞬時に接着し、以後、封止キャップ２の位置が変化することを防止する（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５６−１１６６４９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
筆者等は、青色レーザ用光半導体装置においても、従来と同じように受光素子を形成した半導体基板をパッケージ内部に設置し、紫外線硬化性樹脂を用いて光透過性の封止キャップによって封止できるものと考えていた。
【０００７】
しかし、この光半導体装置で青色レーザ信号を受光すると、封止キャップのパッケージ内部側表面に異物が生成され、封止キャップを通して光がうまく内部に入ってこず、信号が受信できなくなるという問題が生じた。
【０００８】
筆者等がこの現象を詳細に解析したところ、パッケージと封止キャップを接着するために使用した紫外線硬化性樹脂の揮発成分がパッケージ内部に残留しており、青色レーザ光によってこの成分が硬化し、パッケージ内部に付着して異物が生成されるものと推定された。異物が形成される波長の上限値は４５０ｎｍ程度であると考えられる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の光半導体装置は、４５０ｎｍ以下の波長の光を受光する受光素子と、前記受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子と、前記受光素子および前記回路素子を収納する上面に開口部を有するパッケージと、前記開口部に載置され、紫外線硬化性樹脂を介して前記パッケージに接着される封止キャップとを備えており、前記パッケージと前記封止キャップの少なくとも一方に前記パッケージ内部から外部に貫通する孔が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
前記封止キャップは、少なくとも４５０ｎｍ以下の波長の光を透過するものである。
【００１１】
また、前記受光素子と前記回路素子とは同一の基板上に形成されていることが好ましい。
【００１２】
前記孔を、前記受光素子あるいは前記回路素子における電極端子位置の判別標識とすることがさらに好ましい。
【００１３】
前記パッケージ内には４５０ｎｍ以下の波長の光を発光する発光素子がさらに設けられていることが好ましい。
【００１４】
前記封止キャップの上面ないし下面の少なくとも一方に回折格子が設けられていることがさらに好ましい。
【００１５】
また、本発明の光半導体装置の製造方法は、上面に開口部を有し、かつ前記開口部以外の孔を有するパッケージに、受光素子と、前記受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子とを実装する工程と、前記パッケージ開口部に紫外線硬化性樹脂を介して透光性封止キャップを載置する工程と、紫外線を照射して前記パッケージと前記透光性封止キャップとを接着する工程と、前記孔を通して前記パッケージ内の雰囲気を置換する工程を備えている。
【００１６】
前記パッケージ内は乾燥雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に置換されることが好ましい。
【００１７】
前記受光素子は４５０ｎｍ以下の光を受光する受光素子であることが好ましい。
【００１８】
また、前記雰囲気を置換する工程の後に、前記孔を封止する工程を備えることがさらに好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における光半導体装置の斜視図である。
【００２１】
図１に示す光半導体装置は、光半導体基板４およびこれを封止するためのパッケージ１および封止キャップ２からなり、パッケージ１は上面に開口部を有しており、その開口部を封止キャップ２で封止している。パッケージ１と封止キャップ２とは紫外線硬化性樹脂を介して接着されている。パッケージ１にはパッケージ内部の雰囲気を外に逃がすための孔３を設けている。光半導体基板４には受光素子５と受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子６とが形成されている。
【００２２】
本実施形態によれば、孔３を通じてパッケージ内部に残留した紫外線硬化性樹脂の揮発成分からなるガスをパッケージ外に追い出すことができる。このことによって、光半導体装置で青色レーザ光を受光したときに、気化ガスが硬化して異物が生成されることを防止することができ、受光光量を減少せずに済む。
【００２３】
パッケージ１に孔３を設けた場合、封止キャップ２を加工せずに済むので、封止キャップ２の強度を高くすることが可能である。また、パッケージ１の側面もしくは裏面に孔３を設けることによって、孔３からパッケージ内部に塵や埃が進入することを防止する効果がある。
【００２４】
また、孔３を２つ以上設けることによって、塵などによって１つの空気孔がふさがった場合にも、パッケージ内部のガスを外に逃がす効果を維持することが可能である。
【００２５】
さらに、孔３を受光素子５あるいは回路素子６における電極端子位置を判別するための目印として利用することにより、これらの端子位置を判別するための目印をパッケージ１もしくは封止キャップ２へ加工する工程を省略できる。
【００２６】
本実施形態の光半導体装置は以下のように形成される。すなわち、パッケージ１に光半導体基板４を実装した後、パッケージ１に紫外線硬化性樹脂を介して封止キャップ２を載置する。次に紫外線を照射してパッケージ１と封止キャップ２とを接着する工程を有する。紫外線硬化性樹脂を用いることによって、パッケージ１と封止キャップ２を短時間で接着することができる。特に、封止キャップ２に回折格子を有するような場合には、パッケージ１と封止キャップ２の位置を調整後、瞬時に接着することが可能である。
【００２７】
その後、孔３を通してパッケージ１の内部を乾燥雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気に置換する。このことによって紫外線硬化性樹脂の揮発成分をパッケージ外部に排気する効果を高めることができる。
【００２８】
また、パッケージ内部の雰囲気を置換した後、孔３を封止する工程を備えることによりパッケージ内部を密封し、光半導体基板４が湿気によって誤動作するなどの不具合を防止することができる。
【００２９】
なお、パッケージ１に実装される光半導体基板は１つ以上であってもよいし、また、パッケージ内にある複数の光半導体基板のうち少なくとも一つの基板に４５０ｎｍ以上の光を受光する受光素子が設けられていればよい。光半導体基板以外に受光素子を設けていない半導体基板がパッケージ内にあってもよい。
【００３０】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施の形態における光半導体装置の斜視図である。
【００３１】
図２に示す光半導体装置は、封止キャップ２において受光素子５の直上に当たる部分に孔３を設けている。
【００３２】
本実施形態によれば、受光部にて受光すべきレーザ光は封止キャップを通過することなく受光されるため、封止キャップ面での反射などによるレーザ光強度の低下を抑制することができる。この場合、封止キャップは光を透過する物質である必要はない。
【００３３】
また、孔３を２つ以上設けることによって、塵などによって１つの空気孔がふさがった場合にも、パッケージ内部のガスを外に逃がす効果を維持することが可能である。
【００３４】
なお、図３に示すように、パッケージ１に孔３を設けて、さらに封止キャップ２における受光素子５の直上に当たる部分以外に孔７を設けてもよい。この場合も孔の数が２つ以上あるので上記と同じ効果を維持できる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態における光半導体装置の断面図である。
【００３６】
パッケージ１には光半導体基板４が実装されている。光半導体基板４は基板主軸が９．７°傾いたシリコン（１００）基板であり、基板４には基板表面と４５°をなす側面を有した溝が設けられていて、溝の底面に青色半導体レーザ８（出射光波長：４００ｎｍ）が載置されている。
【００３７】
また、基板４の表面に受光素子５および受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子６とが形成されている。パッケージ１の上には透光性材料からなる封止キャップ２が載置されており、パッケージ１と封止キャップ２とは紫外線硬化性樹脂により接着されている。パッケージ１を貫通するように孔３が設けられており、封止キャップ２には半導体レーザの出射光を３ビームに分割するための回折格子９およびホログラムグレーティング１０とが形成されている。
【００３８】
なお、図４において簡単のため、光半導体基板４を載置するためのダイパッド、およびパッケージ１を貫通して外部に延びるリード、リードと基板４に設けられた各素子とを接続するためのワイヤー等は省略して図示した。
【００３９】
また、孔３は、第１の実施形態に示したように、パッケージ内部の雰囲気を置換した後、封止される。
【００４０】
本実施形態における光半導体装置は主として光ピックアップ装置に用いられるものであり、その場合の動作について簡単に説明する。
【００４１】
青色半導体レーザ８から出射された光は溝の側面に設けられた反射ミラー（図示せず）により反射されて基板上方に向けて出射され、回折格子９により３ビームに分割される。この３ビームはコリメータレンズ（図示せず）に入射した後、対物レンズ（図示せず）によって集光されて光ディスク（図示せず）の情報面に照射され３ビームは、情報面にて反射され、対物レンズ、コリメータレンズを経て封止キャップ２の上面に形成されたホログラムグレーティング１０に入射する。反射戻り光はホログラムグレーティング１０により回折され、受光素子５の受光面に入射した後、電流に変換される。この電流が回路素子６内の増幅器にて増幅され、光ディスクのビット信号や光ピックアップ装置のフォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号として検出される。
【００４２】
本実施形態によれば、封止キャップ２の内面に異物が付着しないため、半導体レーザ８からの出射光およびホログラムグレーティング１０により回折され受光素子５に入射する反射戻り光とも、不要な散乱を受けることがない。よって、出射光量および受光光量とも減少することがなく、ひいては光ピックアップ装置を用いた光ディスクの再生速度の向上、記録用途への展開が図れる。
【００４３】
また、紫外線硬化性樹脂を用いることができるため、封止キャップ２とパッケージ１との接着を瞬時に行える。
【００４４】
本実施形態において、封止キャップ２がパッケージ１の所定の位置に設計通り載置されないと、半導体レーザ、受光素子、その他の光学部品を含めた光学系の光軸ずれが起こり、受光素子５に正しく反射光が戻ってこず、トラッキングエラー信号にオフセットがのる等の問題が生じる。熱硬化性樹脂等での接着では接着時間が長くなり、封止キャップの位置ずれが起こりやすいという問題があるが、本実施形態によれば、そのような問題を生じることが無く、青色光を受発光する素子をパッケージ内部に有した光半導体装置においても、その歩留まりを低下させることがないというきわめて顕著な効果を有するものである。
【００４５】
なお、本実施形態において、半導体レーザ８の出射光波長を４００ｎｍとしたが、４５０ｎｍ以下であれば本発明における効果が発揮される。
【００４６】
また、半導体レーザ８を光半導体基板４に形成した溝内に設けたが、例えば、面発光レーザであれば溝内に設ける必要もない。また、光半導体基板４以外の基板に半導体レーザ８を載置してパッケージ内に実装してもよい。その場合、ヒートシンクを介して半導体レーザ８を載置した基板とパッケージとを実装すれば、レーザの放熱効果が向上する。
【００４７】
なお、第１の実施形態ないし第３の実施形態において、封止キャップを構成する透光性材料は少なくとも４５０ｎｍ以下の波長の光を透過する材質であればガラスまたは透光性樹脂のどちらでもよい。
【００４８】
第１の実施形態ないし第３の実施形態において、受光素子および回路素子は別々の基板に形成され、それぞれパッケージ内に実装されていてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、青色レーザ用光半導体基板を封止するためのパッケージおよび封止キャップを備えた光半導体装置において、パッケージ内部の気体を外に逃がすための空気孔を設けていることによって、青色レーザ光によって紫外線硬化性樹脂の気化ガスが封止キャップのパッケージ内部側表面上で硬化することを抑制する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における光半導体装置の斜視図
【図２】本発明の第２の実施の形態における光半導体装置の斜視図
【図３】本発明の第２の実施の形態における別の光半導体装置の斜視図
【図４】本発明の第３の実施の形態における光半導体装置の断面図
【図５】従来の技術における光半導体装置の斜視図
【符号の説明】
１パッケージ
２封止キャップ
３、７孔
４光半導体基板
５受光素子
６回路素子
８青色半導体レーザ
９回折格子
１０ホログラムグレーティング

Claims

４５０ｎｍ以下の波長の光を受光する受光素子と、
前記受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子と、
前記受光素子および前記回路素子を収納する上面に開口部を有するパッケージと、前記開口部に載置され、紫外線硬化性樹脂を介して前記パッケージに接着される封止キャップとを備えており、
前記パッケージと前記封止キャップの少なくとも一方に前記パッケージ内部から外部に貫通する孔が設けられていることを特徴とする光半導体装置。
前記封止キャップは少なくとも４５０ｎｍ以下の波長の光を透過する材質からなることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
前記受光素子と前記回路素子とは同一の基板に形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体装置。
前記孔を、前記受光素子あるいは前記回路素子における電極端子位置の判別標識とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の光半導体装置。
前記パッケージ内には４５０ｎｍ以下の波長の光を発光する発光素子がさらに設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の光半導体装置。
前記封止キャップの上面ないし下面の少なくとも一方に回折格子が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の光半導体装置。
上面に開口部を有し、かつ前記開口部以外に孔を有するパッケージに、受光素子と、前記受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子を実装する工程と、
紫外線硬化性樹脂を介して透光性封止キャップを前記パッケージ開口部に載置する工程と、
紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂を硬化させ、前記パッケージと前記透光性封止キャップとを接着する工程と、
前記孔を通して前記パッケージ内に残留した前記紫外線硬化性樹脂の成分を含む雰囲気を前記パッケージの外に追い出す工程を備えた光半導体装置の製造方法。
上面に開口部を有するパッケージに、受光素子と、前記受光素子にて生成された電流信号を増幅・変換する回路素子を実装する工程と、
紫外線硬化性樹脂を介して孔を有する封止キャップを前記パッケージ開口部に載置する工程と、
紫外線を照射して前記紫外線硬化性樹脂を硬化させ、前記パッケージと前記封止キャップとを接着する工程と、
前記孔を通して前記パッケージ内に残留した前記紫外線硬化性樹脂の成分を含む雰囲気を前記パッケージの外に追い出す工程を備えた光半導体装置の製造方法。
前記パッケージ内の雰囲気を前記パッケージの外に追い出す工程において、前記パッケージ内の雰囲気を乾燥雰囲気あるいは不活性ガス雰囲気と置換することを特徴とする請求項７または８記載の光半導体装置の製造方法。
前記受光素子は４５０ｎｍ以下の光を受光する受光素子であることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。
前記パッケージ内の雰囲気を前記パッケージの外に追い出す工程の後に、前記孔を封止する工程を備えたことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の光半導体装置の製造方法。