JP2006147753A - 光半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子に反射ミラーを形成する必要がなく、簡単に位置調整を行うことができ、さらに半導体レーザ素子からの発熱を容易に放熱させることが可能な光半導体装置を実現できるようにする。
【解決手段】基板１３の一方の面に半導体レーザ素子１４とミラー１５とが設けられ、光学素子ブロック１１が形成されている。基板１３の透明光学素子１３Ｂには回折格子２０が形成されており、ミラー１５は半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ光を反射させて回折格子２０に入射させるように配置されている。パッケージ１２に設けられた受光素子１６の受光部２３が形成された面と光学素子ブロック１１の半導体レーザ素子１４が設けられた面が対向するように光学素子ブロック１１とパッケージ１２とが配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を用いて、光ディスク及び光磁気ディスク等の光記録媒体に記録された情報の読み出し又は光記録媒体への情報の記録等を行うための光情報処理用の光ヘッドに用いる光半導体装置に関する。

ＣＤ（コンパクトディスク）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の光記録媒体に記録された情報を読み取り、また記録媒体上に情報を記録することを行う光ヘッドは非常に重要な部品である。光ヘッドは、半導体レーザ素子や受光素子等の半導体部品と、ビームスプリッタ、反射ミラーや対物レンズ等の光学部品とから構成されている。光ヘッドは、半導体レーザ素子と光学部品とを用いて、光記録媒体に記録されている情報を光情報に変換し、受光素子により電気信号に変換する。

光ヘッドは、最近の情報処理機器の小型化に伴いコンパクト化することが求められている。光ヘッドをコンパクト化するため、半導体部品や光学部品を集積化した例えば、特許文献１のような光半導体装置が開発されている。

以下に、従来の光半導体装置の構成について説明する。図１４は従来の光半導体装置の断面構造を示している。図１４に示すように、熱伝導性の材料からなる基板１０２にはわずかに傾斜した貫通孔１０７が形成されており、基板１０２の裏面における貫通孔１０７の周辺部には半導体レーザ素子１０１と受光素子１０３が設けられている。また、基板１０２の表面には貫通孔１０７を覆うようにホログラフィック素子１０４が設けられている。なお、ホログラフィック素子１０４は透明材料の表面に回折格子が形成された光学素子である。

受光素子１０３の一部には反射面が形成されており、半導体レーザ素子１０１から水平方向に出射された出射光ビームは反射面において垂直方向に反射され、貫通孔１０７を通過してホログラフィック素子１０４に到達する。出射光ビームはホログラフィック素子１０４を透過した後、対物レンズ（図示せず）により光ディスク（図示せず）の所定の位置に集光される。光ディスクからの反射光ビームはホログラフィック素子１０４を通過する際に、回折光となり受光素子１０３に導かれる。

本従来例において、基板１０２の裏面には半導体レーザ素子１０１及び受光素子１０３を覆うようにキャップ１０６が設けられている。これにより半導体レーザ素子１０１は密封されており、空気中の水分により劣化することはない。また、半導体レーザ素子１０１は熱伝導性を有する基板１０２に接して配置されているため、半導体レーザ素子１０１がレーザ光を発振する際に発生する熱を効果的に放熱することができる。
特開平８―１０２０８２

しかしながら、従来の光半導体装置には以下のような問題がある。まず第１の問題は、半導体レーザ素子１０１からの出射光ビームをホログラフィック素子１０４に導くために、受光素子１０３の一部に反射面を形成する必要がある点である。半導体レーザ素子１０１から水平方向に出射されたレーザ光（出射光ビーム）を垂直方向に反射するためには、４５°の角度に傾斜した反射面を受光素子１０３に形成することが望ましい。

受光素子１０３に反射面を形成する方法としては、受光素子１０３が形成されている基板を例えば水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＨＭＡ）を用いて異方性エッチング方法が考えられる。しかし、通常、受光素子１０３はシリコン基板に形成されており、シリコン基板の細密結晶方向は、結晶方向＜１００＞に対して５４．７°であるため、反射面の角度は水平方向に対し５４．７°となる。この反射面では、出射光ビームは垂直方向から約１９°傾斜した方向に反射されるため、非常に使いにくい。一方、細密結晶方向が９．７°傾斜したシリコン基板を使用することも可能であるが、この場合、受光素子１０３を作製するための半導体プロセスをこの基板に最適化させなければならないという問題が発生する。

第２の問題は、半導体レーザ素子１０１とホログラフィック素子１０４と受光素子１０３との位置を調整することが困難であるという点である。従来の構成においては、基板１０２にあらかじめ配線を形成し、その配線の上に半導体レーザ素子１０１と受光素子１０３とをまず実装する。このとき、半導体レーザ素子１０１と受光素子１０３に形成されている受光部との互いの位置関係を正確に合わせて実装する必要がある。

しかし、受光素子１０３は、受光部が形成された表面を貫通孔１０７に対向させて基板１０２に取り付ける必要がある。従って、通常行われるＣＣＤ等を用いた画像による位置合わせの際には、半導体レーザ素子１０１の形状と、受光素子１０３の裏面形状とを認識して位置合わせを行わなければならない。このため、受光素子１０３の表面に形成された受光部と半導体レーザ素子１０１との位置関係を直接調整することができないので、高精度な調整を行うことが困難である。

さらに、この後、ホログラフィック素子１０４と半導体レーザ素子１０１及び受光素子１０３との位置合わせを行い、ホログラフィック素子１０４からの回折光が受光素子１０３に正確に入射するようにする必要がある。しかし、半導体レーザ素子１０１と受光素子１０３とは基板１０２に既に固定されているため、調整をホログラフィック素子１０４の位置を動かすことのみによって行わなければならず調整範囲が狭い。また、ホログラフィック素子１０４と半導体レーザ素子１０１及び受光素子１０３とは基板１０２を挟んで逆の面に取り付けられているため、正確な調整が困難であるという問題がある。

本発明は前記従来の問題を解決し、受光素子に反射ミラーを形成する必要がなく、簡単に位置調整を行うことができ、さらに半導体レーザ素子からの発熱を容易に放熱させることが可能である光半導体装置及びその製造方法を実現できるようにすることを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は光半導体装置を、半導体レーザ素子とミラーと回折格子とが一体となった光学素子ブロックと、受光素子が設けられたパッケージとからなる構成とする。

具体的に本発明に係る光半導体装置は、半導体レーザ素子及び光学部品を含む光学素子ブロックと、受光した光を電気的信号に変換する受光素子が設けられたパッケージとを備え、光学素子ブロックは、透明光学素子及び該透明光学素子に設けられたヒートシンクからなる基板と、基板の一の面におけるヒートシンクに設けられた半導体レーザ素子と、基板の半導体レーザ素子と同一の面上に設けられたミラーとを含み、基板は、透明光学素子を光が透過する窓部を有し、ミラーは、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を反射させて透明光学素子に入射させるように配置されており、受光素子は、該受光素子の一の面に光を受光する第１の受光部が形成されており、受光素子の第１の受光部が形成されている面と、光学素子ブロックの半導体レーザ素子が設けられている面とを対向させて光学素子ブロックとパッケージとが配置されていることを特徴とする。

本発明の光半導体装置によれば、ミラーと受光素子とが別々に設けられているため、細密結晶方向が９．７°傾斜したシリコン基板を使用してミラーを形成することができる。また、回折格子が形成された基板の半導体レーザ素子と同一の面にミラーが設けられているため、半導体レーザ素子とミラーと回折格子との位置合わせを簡単に行うことができる。さらに、受光素子の第１の受光部が形成されている面と、光学素子ブロックの半導体レーザ素子が設けられている面とを対向させて、外部から回折格子に入射した光が該回折格子によって回折された回折光が第１の受光部に入射するように光学素子ブロックとパッケージとが配置されているため、受光素子に形成された受光部の位置を正確に特定して、半導体レーザ素子及び回折格子と受光素子との位置を合わせることができる。従って、正確な位置合わせを容易に行うことができ、その結果、光学特性に優れた光半導体装置を簡単に得ることが可能となる。また、半導体レーザ素子と回折格子との両方を一体に受光素子に対して動かすことができるので、調整範囲が広く高精度な調整が可能となる。

本発明の光半導体装置は、透明光学素子における窓部から露出する露出面の少なくとも一方の面には回折格子が形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、光半導体装置に回折格子を容易に設けることが可能となる。

本発明の光半導体装置において、光学素子ブロックは、回折格子に外部から入射した光が回折された回折光を第１の受光部に入射させるように配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、外部から光半導体装置に入射した光を確実に検出することが可能となる。

本発明の光半導体装置において、受光素子は第１の受光部と同一の面に第２の受光部がさらに形成されており、第２の受光部には、半導体レーザ素子から出射された光が直接入射することが好ましい。このような構成とすることにより、外部に半導体レーザ素子からの光の出力をモニタする機構を設ける必要がなくなり、光ヘッド等を簡単に構成することが可能となる。

本発明の半導体装置において、基板において透明光学素子は、ヒートシンクにより側面が覆われていることが好ましい。このような構成とすることにより、ヒートシンクを大きくすることが可能となり、放熱効果が向上する。

本発明の光半導体装置において、ミラーはシリコンからなり、ミラーの反射面は、シリコンの結晶面で形成されていることを特徴とする。このような構成とすることにより、ミラーを容易に形成することができる。

この場合においてミラーは、透明光学素子に固着されていることが好ましい。また、ミラーは、ヒートシンクに固着されていてもよい。このような構成とすることにより、光学素子ブロックにミラーを確実に設けることができる。さらにこの場合において、透明光学素子は、透明な樹脂材料からなることが好ましい。このような構成とすることにより、透明光学素子を容易に形成することが可能となる。

本発明の光半導体装置において、受光素子は、パッケージの底面上に設けられており、パッケージは光学素子ブロックにより密閉されており、半導体レーザ素子とミラーと受光素子とは、密閉されたパッケージの内側に収納されていることが好ましい。このような構成とすることにより、受光素子と半導体レーザ素子とを確実に対向させて配置することができると共に、半導体レーザ素子を封止して雰囲気中の水分による劣化を防止することができる。

本発明の光半導体装置において、ヒートシンクには半導体レーザ素子に電圧を印加する複数の配線が形成されており、半導体レーザ素子の一方の電極は、複数の配線のうちの所定の配線とワイヤにより電気的に接続されており、ワイヤは、受光素子とパッケージの側壁との間の空間に配置されていることが好ましい。このような構成とすることにより、半導体レーザ素子に確実に電圧を印加することができる。また、光半導体装置のスペースを有効に利用することができる。

この場合において、ヒートシンクには、外部の回路を接続する複数の電極が形成されており、各電極と各配線とがそれぞれ電気的に接続されていることが好ましい。また、透明光学素子には、外部の回路を接続する複数の電極が形成されており、各電極と各配線とがそれぞれ電気的に接続されていてもよい。このような構成とすることにより、光学素子ブロックに直接外部の回路を接続することが可能となる。

本発明の光半導体装置の製造方法は、半導体レーザ素子及び光学部品を含む光学素子ブロックと、受光した光を電気的信号に変換する受光素子が設けられたパッケージとを備えた光半導体装置の製造方法を対象とし、回折格子が形成された透明光学素子及び該透明光学素子に設けられたヒートシンクからなる基板と、該基板の一の面におけるヒートシンクに設けられた半導体レーザ素子と、基板の半導体レーザ素子と同一の面に設けられたミラーとからなる光学素子ブロックを形成する工程（ａ）と、パッケージの底面に、光を受光する受光部が形成された受光素子を固着する工程（ｂ）と、光学素子ブロックの半導体レーザ素子が設けられた面と受光部とを対向させた状態で、半導体レーザ素子及び回折格子と受光素子との位置関係を調整する工程（ｃ）と、工程（ｃ）の後に、光学素子ブロックをパッケージと固着させる工程（ｄ）とを備えており、工程（ｃ）は、受光素子に対して半導体レーザ素子及び回折格子を一体に移動させて、半導体レーザ素子及び回折格子と受光素子との位置関係を調整する工程であることを特徴とする。

本発明の光半導体装置の製造方法によれば、受光素子に対して半導体レーザ素子及び回折格子を一体に移動させて、半導体レーザ素子及び回折格子と受光素子との位置関係を調整する工程を含むため、調整範囲が広く且つ調整パラメータが少ないので、半導体レーザ素子及び回折格子と受光素子との位置関係を精度良く調整することが容易となり、その結果、光学特性に優れた光半導体装置を容易に得ることが可能となる。

本発明の光半導体装置の製造方法において、工程（ｃ）は、半導体レーザ素子からレーザ光を出射させ、出射されたレーザ光をモニタ光として受光素子に受光させ、受光素子の受光量をモニタすることにより光学素子ブロックのパッケージに対する位置を調整する工程であることが好ましい。このような構成とすることにより、半導体レーザ素子及び回折格子と受光素子との位置関係より精度良く調整することが可能となる。

この場合において、モニタ光は、一旦外部に出射され、外部から回折格子に入射して回折された回折光であることが好ましい。

本発明の光半導体装置の製造方法において、光学素子ブロックとパッケージとは、対となる凸部と凹部とからなる位置調整部位をそれぞれ有しており、工程（ｃ）は、光学素子ブロックの位置調整部位とパッケージの位置調整部位とを互いにはめ合わせる工程を含むことが好ましい。このような構成であれば光学素子ブロックとパッケージとの位置を確実に調整することができる。

本発明に係る半導体レーザ装置は、受光素子に反射ミラーを形成する必要がなく、簡単に位置調整を行うことができ、さらに半導体レーザ素子からの発熱を容易に放熱させることが可能である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置について図を参照しながら説明する。図１（ａ）、図１（ｂ）及び図１（ｃ）は本実施形態の光半導体装置であり、（ａ）は上から見た平面を示し、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面を示し、（ｃ）は（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面を示している。

図１に示すように本実施形態の光半導体装置は光学素子ブロック１１と受光素子１６が設けられたパッケージ１２とから構成されている。

光学素子ブロック１１は、基板１３と半導体レーザ素子１４とミラー１５と回折格子２０とからなる。基板１３は銅等の熱伝導率が高く且つ電気伝導性を有する金属からなる平板状のヒートシンク１３Ａと、ヒートシンク１３Ａの上に設けられたガラスからなる透明光学素子１３Ｂとにより形成されている。

基板１３にはヒートシンク１３Ａが切り欠かれた窓部１３ａが形成されており、窓部１３ａにおいては透明光学素子１３Ｂの上面及び下面が露出しており、基板１３の一方の面から他方の面へと光を透過させることができる。また、窓部１３ａの一部における透明光学素子１３Ｂには回折格子２０が形成されており、窓部１３ａを透過する光を回折させることができる。なお、本実施形態の光半導体装置においては、透明光学素子１３Ｂの下面に第１の回折格子２０Ａが形成され、透明光学素子１３Ｂの上面に第２の回折格子２０Ｂが形成されている。

ヒートシンク１３Ａの下面には、半導体レーザ素子１４が取り付けられている。半導体レーザ素子１４は、一方の電極がヒートシンク１３Ａに形成された配線２７（図示せず）と電気的に接続されるようにして取り付けられている。また、半導体レーザ素子１４の他方の電極は、金からなるワイヤ３２を介してヒートシンク１３Ａに形成された配線２６（図示せず）と電気的に接続されている。なお、配線２６及び配線２７はそれぞれ後で説明するパッケージ１２に形成された第２のパッケージ配線４２を介して外部端子４３と電気的に接続されている。また、半導体レーザ素子１４はレーザ光出射部位がヒートシンク１３Ａの側となるように取り付けた方が、装置の高さを低くすることができるので好ましい。

半導体レーザ素子１４のレーザ出射端面と対向する位置には例えばシリコンからなるミラー１５が設けられている。ミラー１５は基板１３の窓部１３ａに露出した透明光学素子１３Ｂに接着されており、半導体レーザ素子１４から出射されたレーザ光が、ミラー１５の反射面において反射し、透明光学素子１３Ｂに形成された回折格子２０に入射するように配置されている。

パッケージ１２は例えばセラミックス等の絶縁性材料からなり、パッケージ１２の側壁の外部表面には複数の外部端子４３が形成されている。外部端子４３はそれぞれ、パッケージ１２に形成された第１のパッケージ配線４１又は第２のパッケージ配線４２と接続されている。

パッケージ１２の底面には第１の受光部２３と第２の受光部２４とを有する受光素子１６が固着されている。受光素子１６には複数の引き出し電極１７が形成されており、各引き出し電極１７はそれぞれ金からなるワイヤ３１により第１のパッケージ配線４１に接続されている。これにより第１の受光部２３及び第２の受光部２４に入射した光信号は、電気的信号に変換されて外部端子４３から出力される。

パッケージ１２と光学素子ブロック１１とは、パッケージ１２の側壁が、光学素子ブロック１１の半導体レーザ素子１４及びミラー１５が固着されている面の周縁部を担持するようにして密着されている。これにより、パッケージ１２は密閉され、密閉されたパッケージ１２の内側に、半導体レーザ素子１４、ミラー１５及び受光素子１６が封止されている。また、パッケージ１２の内側には窒素ガスが充填されており、雰囲気中の水分により半導体レーザ素子１４が劣化することを防止している。

光学素子ブロック１１を保持するパッケージ１２の側壁には、複数の第２のパッケージ配線４２が形成されており、光学素子ブロック１１のヒートシンク１３Ａに形成された配線２６及び配線２７とそれぞれ電気的に接続されている。第２のパッケージ配線４２はそれぞれ所定の外部端子４３と電気的に接続されているため、所定の外部端子４３に電圧を印加することにより半導体レーザ素子１４を発光させることができる。

半導体レーザ素子１４が発光する際に発生する熱は、ヒートシンク１３Ａに伝わり、さらにパッケージ１２へと伝えられ、放熱される。この際にパッケージ１２をＡｌＮ等の熱伝導率が高いセラミックスにより形成すれば、より効果的に半導体レーザ素子１４を放熱することが可能となる。

以下に、本実施形態の光半導体装置の動作について説明する。半導体レーザ素子１４から水平方向に出射されたレーザ光は、ミラー１５により基板１３に設けられた第１の回折格子２０Ａの方向に反射され、第１の回折格子２０Ａを通過して光半導体装置の外部へ出射される出射光となる。

光半導体装置を例えば光ディスクの光ヘッドとして用いる場合には、対物レンズを用いて出射光を光ディスクに集光する。光ディスクに集光された出射光は、光ディスクの記録ピットの情報を保持した反射光として、光ディスクの表面において反射され経路を逆にたどり対物レンズにより集光され第２の回折格子２０Ｂに入射する。第２の回折格子２０Ｂに入射した反射光の一部は回折光となり第１の受光部２３に導かれる。第１の受光部２３に入射した反射光は、光電効果により電気信号に変換され、外部端子４３に出力される。

本実施形態の光半導体装置においては、第１の回折格子２０Ａが設けられているため出射光の一部を回折光とし、この回折光を光ヘッドのトラッキング動作用の信号として利用することができる。

また、第２の受光部２４が設けられており、半導体レーザ素子１４から出射されたレーザ光の一部を直接第２の受光部２４に導くことにより、半導体レーザ素子１４から出射されるレーザ光の強度をリファレンス強度として得ることができる。

次に、図２〜図４を用いて本実施形態の半導体レーザ装置の設計例を示す。図２は本実施形態の光半導体装置における半導体レーザ素子１４とミラー１５との位置関係を示しており、図３は本実施形態の光半導体装置における回折格子２０と受光素子１６との位置関係を示している。

図２及び図３においてＴ１は透明光学素子１３Ｂと受光素子１６との距離であり、Ｔ２はミラー１５の高さであり、Ｔ３はヒートシンク１３Ａの厚さであり、Ｔ４は半導体レーザ素子１４の厚さであり、Ｔ５は半導体レーザ素子１４と受光素子１６との距離である。また、見かけの発光点Ｄは、半導体レーザ素子端面のレーザ光を出射する部分（発光点）を反射面に対して対称的に投影した点であり、Ｔ６はこの見かけの発光点Ｄと受光素子１６の上面との距離である。Ｔ７は透明光学素子１３Ａの厚さであり、Ｔ８は、レーザ光の主線から受光部２３の中央までの距離である。

透明光学素子１３Ｂの屈折率ｎが１．５である場合の、寸法の一例を図４に示す。図４において、出射光ビームの出射範囲θ１及びθ２はともに１８°であり、これが半導体レーザ装置の出射範囲となる。通常、出射光ビームの主軸から±１０°程度の範囲の光が対物レンズに入射するため、出射範囲θ１及びθ２はそれ以上の角度とすることが好ましい。特に、ミラー１５の端部で反射する光は回折して主軸付近の光の波面に影響を与えるため、１５°以上とすることがより好ましい。

一方、第２の回折格子２０Ｂにおいて発生する回折光６１が受光部２３に集光されるためには、ミラー１５が存在しない場合の半導体レーザ素子１４の発光点に相当する見かけの発光点Ｄと第２の回折格子２０Ｂとの距離、及び回折光６１が第２の回折格子２０Ｂから受光部２３に到達するまでの距離が光学的にほぼ等しい距離となるように設定する必要がある。従って、見かけの発光点Ｄの受光素子１６の表面からの深さＴ６は、０．０９ｍｍとなり、レーザ光の主軸から受光部２３の中央までの距離Ｔ８は０．７１ｍｍとなる。

この場合においては、半導体レーザ素子１４と受光素子１６の距離Ｔ５は０．０５ｍｍとなり、半導体レーザ素子１４と受光素子１６との間にワイヤ３２を配置することは不可能である。しかし、受光素子１６とパッケージ１２の側壁との隙間にワイヤ３２を配置することにより、装置内のレイアウトを乱すことなく半導体レーザ素子１４とヒートシンク１３Ａに形成された配線２６との接続を簡単に行うことができる。

続いて、本実実施形態の光半導体装置の製造方法について図を用いて説明する。図５は光学素子ブロック１１に用いるミラー１５及び基板１３の製造工程並びに基板１３へのミラー１５の接着工程における断面の状態を工程順に示している。まず、図５（ａ）に示すようにミラー１５の材料である、細密結晶方向が結晶方向＜１００＞に対して９．７°オフ傾斜しているシリコン基板７０の表面に、ミラー１５の形状に対応した酸化膜パターン（図示せず）を形成する。続いて、図５（ｂ）に示すように水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＨＭＡ）溶液を用いて、シリコン基板７０をミラー１５の厚さよりも深くなるまでエッチングして角度が４５°の反射面を有する複数のミラー１５を形成する。

並行して、図５（ｃ）に示すように透明光学素子１３Ｂとなるガラス板８０に回折格子２０を形成する。本実施形態においては、ガラス板８０の一方の面の所定の領域に複数の第１の回折格子２０Ａを形成し、第１の回折格子２０Ａが形成された面とは反対側の面の所定の領域に複数の第２の回折格子２０Ｂを形成する。なお、回折格子はフッ酸等をエッチャントとしてガラス板８０をエッチングすることにより形成する。

次に、図示していないが貫通電極３０を形成する貫通孔３０ａを例えば微小径のドリルを用いて形成する。なお、貫通孔３０ａは、所定の微小領域にフェムト秒レーザを照射することにより形成してもよい。また、ガラス板８０の貫通孔３０ａを形成する領域以外の領域にマスクを形成した後、微小な研磨粒子を吹き付けるサンドブラスタ法により貫通孔３０ａを形成してもよい。続いて、ガラス板８０の一方の面にメッキ用の電極膜を形成した基板（図示せず）を貼り合わせた後、メッキ液中において電極膜に電圧を印加することにより、貫通孔３０ａに銅を析出させて貫通電極３０を形成する。

次に、図５（ｄ）に示すようにガラス板８０の第１の回折格子２０Ａが形成された側の表面の所定の位置に、例えばフォトリソグラフィーと電解メッキを用いてヒートシンク１３Ａとなる厚さが１３０μｍの銅の膜を形成する。続いて、ヒートシンク１３Ａの表面に例えばＳｉＯ₂又はＳｉＮ等からなる絶縁膜２８をスパッタ法等により形成した後、半導体レーザ素子１４と接続される配線２６及び配線２７を形成する。配線２６及び配線２７は、例えばフォトリソグラフィーと電界メッキを用いて厚さが１０μｍ程度の金の膜をパターニングすることにより形成する。その後、配線２７の上に、例えばフォトリソグラフィーと電界メッキとにより金−スズからなる半田材料等からなる接着層２５を形成する。

次に、図５（ｅ）に示すようにエッチングを行ったシリコン基板７０と、回折格子２０等が形成されたガラス板８０とを陽極接合により接着する。また、接着はシリコン基板７０に形成されたミラー１５と、ガラス板８０に形成された回折格子２０との位置関係を調整して行う。

次に、図５（ｆ）に示すようにシリコン基板７０の不要な部分を研磨により除去して、各ミラー１５を独立させる。以上の工程により、図６に示すように、１枚のガラス板８０に複数のヒートシンク１３Ａ及びミラー１５が固着される。ガラス板８０をダイシングにより分割することにより、ミラー１５が固着された基板１３が得られる。

次に、図７に示すようにミラー１５が固着された基板１３の接着層２５に、半導体レーザ素子１４を位置決めした上で仮固定し、さらに加圧状態で加熱することにより接着する。これにより、半導体レーザ素子１４の一方の電極が配線２７と電気的に接続される。この場合において、光半導体装置の厚さを薄くするためには、半導体レーザ素子１４のレーザ出射端をヒートシンク１３Ａの側になるようにすることが好ましい。

次に、図８に示すように、半導体レーザ素子１４の他方の電極をワイヤ３２により配線２６と電気的に接続する。さらに、配線２６及び配線２７をそれぞれ貫通電極３０とワイヤにより電気的に接続する。このようにして光学素子ブロック１１を得る。

次に、図９に示すようにパッケージ１２の底面に受光素子１６を位置の調整を行った後固着する。また、受光素子１６に形成された各引き出し電極１７をワイヤ３１によりパッケージ１２に形成されている第１のパッケージ配線４１とそれぞれ電気的に接続する。

次に、光学素子ブロック１１の半導体レーザ素子１４及びミラー１５が設けられている面を、パッケージ１２に設けられた受光素子１６に対向させて仮固定し、光学素子ブロック１１とパッケージ１２との位置を調整した後接着する。この際にパッケージ１２の内側には窒素ガスを封入する。

光学素子ブロック１１とパッケージ１２との位置は、半導体レーザ素子１４から出射されたレーザ光が反射光として第２の回折格子２０Ｂに入射した際の回折光を受光部２３により受光できるように調整する。

調整の際には、光学素子ブロック１１と対向する所定の位置に対物レンズと反射板とを配置した上で、光学素子ブロック１１の貫通電極３０に外部回路を接続して半導体レーザ素子１４を発光さる。これにより、半導体レーザ素子１４から出射されたレーザ光を反射板により反射させ再び光学素子ブロック１１に導き、パッケージ１２の外部端子４３に外部回路を接続して受光素子１６に入射するレーザ光の強度をモニタすれば、位置の調整を容易に行うことができる。また、対物レンズと反射板の代わりに、別の半導体レーザ素子と２個の対物レンズにより等価な光学系を用意すれば、半導体レーザ素子１４を発光させなくても調整を行うことができる。

本実施形態の光半導体装置は、半導体レーザ素子１４及び回折格子２０の受光素子１６に対する位置を調整する際に半導体レーザ素子１４と回折格子２０とを一体に動かすため、調整範囲が広く、且つ調整パラメータが少ないため、正確な調整を容易に行うことが可能となる。

なお、本実施形態の光半導体装置において、透明光学素子１３Ｂには第１の回折格子２０Ａと第２の回折格子２０Ｂとの両方が形成されているが、いずれか一方のみが形成されていてもよい。また、リファレンス強度を測定するための第２の受光部２４は、必要に応じて設ければよい。

また、本実形態において、ヒートシンク１３Ａの表面には配線２６及び配線２７を形成したが、ヒートシンクをパターニングして電気的に絶縁された二つの領域に分離することにより、ヒートシンク自体を配線２６及び配線２７としてもよい。この場合において、各貫通電極３０は二つの独立したヒートシンクに直接接触するようにそれぞれ形成してもよい。

本実施形態においては、透明光学素子１３Ｂを通して、受光部２３の位置を直接確認することができる。このため、光学素子ブロック１１とパッケージ１２との位置の調整は、例えば、回折格子２０又は半導体レーザ素子１４に対する受光部２３の位置をＣＣＤ等により検出させることにより行うこともできる。この場合には半導体レーザ素子１４に電力を印加する必要がないので貫通電極３０を形成する必要はない。

また、本実施形態においては透明光学素子としてガラスを用いたが、シリコンのミラーと透明光学素子とを陽極接合により接着させる場合にはナトリウム（Ｎａ）等のアルカリ性の成分を含む硼珪酸ガラス等が好ましい。また、ミラーと透明光学素子とを紫外線硬化型接着剤等により接着する場合には、石英ガラスや炭化シリコン等のレーザ光に対して透明である材料を用いることができる。本実施形態においてミラーは、シリコンにより形成したが、ガラス等を研磨して形成してもよい。

（第２の実施形態）
以下に本発明の第２の実施形態に係る光半導体装置について図を参照しながら説明する。図１０は本実施形態の光半導体装置の断面構成を示している。図１０において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図１０に示すように本実施形態の光半導体装置は、光学素子ブロック１１を構成する基板１３において、ヒートシンク１３Ａが透明光学素子１３Ｂの側面を覆い、透明光学素子１３Ｂがヒートシンク１３Ａによって保持される構成となっている。従って、基板１３に占めるヒートシンク１３Ａの割合が大きく、より大きな放熱効果が期待できる。また、このような構造であればヒートシンク１３Ａを金型を用いて作製することが可能となる。さらに、あらかじめ別々に形成しておいたヒートシンク１３Ａに透明光学素子１３Ｂをはめ込むことにより基板１３を形成することができるため、光半導体装置を量産する際の効率を向上させることができる。

本実施形態の光半導体装置においては、ヒートシンク１３Ａが光半導体装置の表面に露出しているため、半導体レーザ素子１４の各電極に接続される配線２６及び配線２７をヒートシンク１３Ａに埋め込むことにより、ヒートシンク１３Ａの外部表面に設けられた電極４４へ引き出すことが可能である。従って、位置調整用の貫通電極３０を透明光学素子１３Ｂに形成する必要がない。また、光学素子ブロック１１とパッケージ１２とを電気的に接続する必要もなく、装置の組み立て工程を簡略化することができる。

また、本実施形態の光半導体装置においては、光学素子ブロック１１の半導体レーザ素子１４が設けられている側の面（底面）に凸部１１ａが形成され、パッケージ１２の側壁の上面に凹部１２ａが形成されている。このため、凸部１１ａと凹部１２ａとをはめ合わせることにより、光学素子ブロック１１とパッケージ１２との位置を調整することが可能であり、光半導体装置の組み立て工程を簡略化することができる。

以下に、本実施形態の光半導体装置の製造方法について図を参照しながら説明する。図１１は本実施形態の光半導体装置の各製造工程における断面の状態を工程順に示している。

図１１（ａ）に示すようにまず、表面の所定の位置に回折格子２０が形成された透明光学素子１３Ｂの第２の回折格子２０Ｂが形成されている面にミラー１５を接着する。第１の実施形態と同様に、１枚のガラス板に複数の回折格子を形成し、複数のミラーが形成されたシリコン基板を接着した後、各ミラーを分離し、さらにダイシングにより各透明光学素子１３Ｂを切り出してもよい。

次に、図１１（ｂ）に示すように銅等の熱伝導性の良い金属からなるヒートシンク１３Ａの底面に半導体レーザ素子１４を固着し、半導体レーザ素子１４の一方の電極をヒートシンク１３Ａに形成された配線２６とワイヤ３２により電気的に接続する。

次に、図１１（ｃ）に示すように、ミラー１５が設けられた透明光学素子１３Ｂをヒートシンク１３Ａの所定の位置にはめ込み接着する。この場合において、ミラー１５の反射面が半導体レーザ素子１４の出射端面と対向するようにする。

次に、図１１（ｄ）に示すようにパッケージ１２の底面に受光素子１６を位置の調整をした後固着する。この際、図示していないが受光素子１６に形成された各引き出し電極１７とパッケージに形成された各第１の配線４１とをワイヤ３１により電気的に接続する。

続いて、光学素子ブロック１１とパッケージ１２との位置を調整した後接着する。この際、ヒートシンク１３Ａの凸部１１ａとパッケージ１２の凹部１２ａとをはめ合わせることにより位置を調整し、さらに第１の実施形態と同様にして半導体レーザ素子１１から出射光ビームを出射させ、受光部２３により回折光を検出しつつ、微調整を行う。なお、位置の調整を高精度に行う必要がない場合には、微調整を省略してもよい。

（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態に係る光半導体装置について図を参照しながら説明する。図１２は本実施形態の光半導体装置の断面構成を示している。図１２において図１１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図１２に示すように本実施形態の光半導体装置は、ミラー１５がヒートシンク１３Ａに固着されている。従って、ミラー１５を透明光学素子１３Ｂに接着する必要がないため、透明光学素子１３Ｂにガラス以外の材料を用いることが容易となる。例えば、透明光学素子１３Ｂにプラスチック等の低融点の材料を用いることにより、透明光学素子１３Ｂの量産が非常に容易となる。

また、ヒートシンク１３Ａの透明光学素子１３Ｂとミラー１５との間に位置する部分の厚さを変化させることにより、ミラー１５の半導体レーザ素子１４及び回折格子２０に対する垂直方向の位置を調整することが容易となる。これによりミラー１５を小型化することが可能となり、光半導体装置の量産性が向上する。

以下に、本実施形態の光半導体装置の製造方法について説明する。図１３は本実施形態の光半導体装置の各製造工程における断面の状態を工程順に示している。図１３（ａ）に示すように、銅等の熱伝導性の良い金属からなるヒートシンク１３Ａ底面にシリコンからなるミラー１５を例えば熱硬化型接着剤等により接着する。続いて、第２の実施形態と同様にしてヒートシンク１３Ａの底面に半導体レーザ素子１４を接着した後、配線を電極に接続する。

次に、図１３（ｂ）に示すようにヒートシンク１３Ａの透明光学素子固定部位に回折格子２０が形成された透明光学素子１３Ｂをはめ込んだ後、接着することにより、光学素子ブロック１１を形成する。本実施形態において透明光学素子１３Ｂは、プラスチックを樹脂注入成形技術を用いて形成している。このため、透明光学素子１３Ｂとヒートシンク１３Ａとは例えば紫外線硬化型接着剤により接着する。

次に、図１３（ｃ）に示すように光学素子ブロック１１を受光素子１６が設けられたパッケージ１２に固着する。なお、光学素子ブロック１１とパッケージ１２との位置は、第２の実施形態と同様にして調整する。

本発明の光半導体装置及びその製造方法は、受光素子に反射ミラーを形成する必要がなく、簡単に位置調整を行うことができ、さらに半導体レーザ素子からの発熱を容易に放熱させることが可能であるため、レーザ光を用いて、光ディスク及び光磁気ディスク等の光記憶媒体に記録された情報の読み出し又は光記録媒体への情報を記録等を行うための光情報処理用の光ヘッドに用いる光半導体装置等として有用である。

（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置を示し、（ａ）は上から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線における断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＩｃ−Ｉｃ線における断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置の半導体レーザ素子とミラーとの位置関係を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置の回折格子と受光素子との位置関係を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置の各部の寸法の一例を示す表である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置に用いるミラー及び基板の製造工程を工程順に示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置の製造工程の一工程を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置の製造工程の一工程を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置の製造工程の一工程を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置の製造工程の一工程を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光半導体装置の製造工程を工程順に示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光半導体装置を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る光半導体装置の製造工程を工程順に示す断面図である。 従来の光半導体装置示す断面図である。

符号の説明

１１ 光学素子ブロック
１１ａ 凸部
１２ パッケージ
１２ａ 凹部
１３ 基板
１３ａ 窓部
１３Ａ ヒートシンク
１３Ｂ 透明光学素子
１４ 半導体レーザ素子
１５ ミラー
１６ 受光素子
１７ 引き出し電極
２０ 回折格子
２０Ａ 第１の回折格子
２０Ｂ 第２の回折格子
２３ 第１の受光部
２４ 第２の受光部
２５ 接着層
２６ 配線
２７ 配線
２８ 絶縁膜
３０ 貫通電極
３１ ワイヤ
３２ ワイヤ
４１ 第１のパッケージ配線
４２ 第２のパッケージ配線
４３ 外部端子
４４ 電極
６０ 出射光
６１ 回折光
７０ シリコン基板
８０ ガラス板

Claims (17)

1. 半導体レーザ素子及び光学部品を含む光学素子ブロックと、受光した光を電気的信号に変換する受光素子が設けられたパッケージとを備え、
   前記光学素子ブロックは、透明光学素子及び該透明光学素子に設けられたヒートシンクからなる基板と、前記基板の一の面における前記ヒートシンクに設けられた前記半導体レーザ素子と、前記基板の前記半導体レーザ素子と同一の面上に設けられたミラーとを含み、
   前記基板は、前記透明光学素子を光が透過する窓部を有し、
   前記ミラーは、前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光を反射させて前記透明光学素子に入射させるように配置されており、
   前記受光素子は、該受光素子の一の面に光を受光する第１の受光部が形成されており、
   前記受光素子の前記第１の受光部が形成されている面と、前記光学素子ブロックの前記半導体レーザ素子が設けられている面とを対向させて前記光学素子ブロックと前記パッケージとが配置されていることを特徴とする光半導体装置。
2. 前記透明光学素子における前記窓部から露出する露出面の少なくとも一方の面には回折格子が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
3. 前記光学素子ブロックは、前記回折格子に外部から入射した光が回折された回折光を前記第１の受光部に入射させるように配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体装置。
4. 前記受光素子は、前記第１の受光部と同一の面に第２の受光部がさらに形成されており、
   前記第２の受光部には、前記半導体レーザ素子から出射された光が直接入射することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
5. 前記基板において前記透明光学素子は、前記ヒートシンクにより側面が覆われていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光半導体装置。
6. 前記ミラーはシリコンからなり、
   前記ミラーの反射面は、シリコンの結晶面で形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光半導体装置。
7. 前記ミラーは、前記透明光学素子に固着されていることを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置。
8. 前記ミラーは、前記ヒートシンクに固着されていることを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置。
9. 前記透明光学素子は、透明な樹脂材料からなることを特徴とする請求項８に記載の光半導体装置。
10. 前記受光素子は、前記パッケージの底面上に設けられており、
    前記パッケージは前記光学素子ブロックにより密閉されており、
    前記半導体レーザ素子と前記ミラーと前記受光素子とは、密閉された前記パッケージの内側に収納されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光半導体装置。
11. 前記ヒートシンクには、前記半導体レーザ素子に電圧を印加する複数の配線が形成されており、
    前記半導体レーザ素子の一方の電極は、前記複数の配線のうちの所定の配線とワイヤにより電気的に接続されており、
    前記ワイヤは、前記受光素子と前記パッケージの側壁との間の空間に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の光半導体装置。
12. 前記ヒートシンクには、外部の回路を接続する複数の電極が形成されており、
    前記各電極と前記各配線とがそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の光半導体装置。
13. 前記透明光学素子には、外部の回路を接続する複数の電極が形成されており、
    前記各電極と前記各配線とがそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載の光半導体装置。
14. 半導体レーザ素子及び光学部品を含む光学素子ブロックと、受光した光を電気的信号に変換する受光素子が設けられたパッケージとを備えた光半導体装置の製造方法であって、
    回折格子が形成された透明光学素子及び該透明光学素子に設けられたヒートシンクからなる基板と、該基板の一の面における前記ヒートシンクに設けられた前記半導体レーザ素子と、前記基板の前記半導体レーザ素子と同一の面に設けられたミラーとからなる光学素子ブロックを形成する工程（ａ）と、
    前記パッケージの底面に、光を受光する受光部が形成された受光素子を固着する工程（ｂ）と、
    前記光学素子ブロックの前記半導体レーザ素子が設けられた面と前記受光部とを対向させた状態で、前記半導体レーザ素子及び前記回折格子と前記前記受光素子との位置関係を調整する工程（ｃ）と、
    前記工程（ｃ）の後に、前記光学素子ブロックを前記パッケージと固着させる工程（ｄ）とを備えており、
    前記工程（ｃ）は、前記受光素子に対して前記半導体レーザ素子及び前記回折格子を一体に移動させて、前記半導体レーザ素子及び前記回折格子と前記前記受光素子との位置関係を調整する工程であることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
15. 前記工程（ｃ）は、前記半導体レーザ素子からレーザ光を出射させ、
    前記出射されたレーザ光をモニタ光として前記受光素子に受光させ、前記受光素子の受光量をモニタすることにより前記光学素子ブロックの前記パッケージに対する位置を調整する工程であることを特徴とする請求項１４に記載の光半導体装置の製造方法。
16. 前記モニタ光は、一旦外部に出射され、外部から前記回折格子に入射して回折された回折光であることを特徴とする請求項１５に記載の光半導体装置の製造方法。
17. 前記光学素子ブロックと前記パッケージとは、対となる凸部と凹部とからなる位置調整部位をそれぞれ有しており、
    前記工程（ｃ）は、前記光学素子ブロックの前記位置調整部位と前記パッケージの前記位置調整部位とを互いにはめ合わせる工程を含むことを特徴とする請求項１４から１６のいずれか１項に記載の光半導体装置の製造方法。

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