JP2008235509A - 光半導体素子モジュール、光半導体素子の実装構造、及び光エレクトロニクス装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 実装の際に光半導体素子の位置決めを簡易に行うことができ、位置決めと光半導体素子の封止とを両立させることのできる光半導体素子モジュール、及び、その光半導体素子モジュールを用いた実装構造、並びに光エレクトロニクス装置を提供すること。
【解決手段】 支持体であり、放熱手段でもあるヒートシンクステム１の一方の面に、ダイボンドブロック２と位置基準ブロック４とを立設する。次に、ダイボンドブロック２と位置基準ブロック４の両方を同一視野に入れて観察しながら、半導体レーザなどの発光素子３をダイボンドブロック２に固定する。更に、ヒートシンクステム１の前記一方の面側に、窓９を備えたウインドウキャップ８を立設する。この光半導体素子モジュール１０は、位置基準ブロック４の突き当て面４ａを、光エレクトロニクス装置の基体１１の突き当て面１１ａに突き当てることによって、位置決めされる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光半導体素子モジュール、光半導体素子の実装構造、及び光エレクトロニクス装置に関するものであり、詳しくは、光半導体素子の位置決めと封止に関するものである。

現在、ＣＤ（Compact Disk）やＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などを情報処理媒体として用いる光ディスクシステムが広く普及している。光ディスクシステムにおいて、光ディスクに対して情報の再生や記録を行うために、光ピックアップ装置が用いられる。

一般に、光ピックアップ装置は光ディスクの径方向に移動する光ヘッドを備えている。光ヘッドは、レーザ光を出射する半導体レーザなどの発光部、レーザ光を光ディスクの情報記録面に照射し、反射光を光検出器まで導く、回折格子やハーフミラーや対物レンズなどの光学系、反射光を受光して電気信号に変換するフォトダイオードなどの受光部、これらの各部品が取り付けられて駆動される基材などによって構成されている。

基材への半導体レーザの取り付けにあたっては、半導体レーザは、通常、レーザホルダに保持され、このレーザホルダが基材に直接または間接的に取り付けられ、半導体レーザの取り付け位置および姿勢が定められた後、接着剤によって固定される。

図１０は、後述の特許文献１に示されている半導体レーザ１０１の取り付け構造を示す斜視図（ａ）および側面図（ｂ）である。また、図１１はその分解斜視図である。図１０および図１１に示すように、半導体レーザ１０１はレーザホルダ１０２の中央部に保持され、支持部材１０３を介して基材１０４の板状取り付け部１０５に固定される。

レーザホルダ１０２の中央部の上面および下面には、半導体レーザ１０１の光軸と直交するように、凸軸１０２ａおよび１０２ｂが突出して設けられている。また、その中央部の左右には、接着剤注入口１０２ｃおよび１０２ｄが貫通して設けられている。

支持部材１０３はリン青銅などの金属板からなり、その主要部は、基板部１０６と、それに対して後方に折り曲げられた上突片部１０７および下突片部１０８とである。上突片部１０７および下突片部１０８には、それぞれ、中央に孔１０７ａおよび（図１０および１１では示されていない）１０８ａが設けられている。また、基板部１０６の上縁部から前方に、側面形状がコの字状の折れ曲がり部１０９が設けられている。

レーザホルダ１０２は、支持部材１０３の主要部１０６〜１０８にはめ込まれ、凸軸１０２ａおよび１０２ｂが、それぞれ、孔１０７ａおよび１０８ａにさし込まれる。この状態で、レーザホルダ１０２は凸軸１０２ａおよび１０２ｂを軸として少し回転させることができ、半導体レーザ１０１の光出射方向を調整することができる。

レーザホルダ１０２が装着された支持部材１０３は、基材１０４の上方から、基板部１０６が板状取り付け部１０５に接し、コの字状の折れ曲がり部１０９が板状取り付け部１０５を挟み込むように、基材１０４に取り付けられる。この状態で、支持部材１０３は基材１０４に対し横方向へスライド移動可能な状態で仮どめされている。

レーザホルダ１０２と支持部材１０３と基材１０４は、半導体レーザ１０１の光軸調整後、互いに接着固定される。すなわち、まず、半導体レーザ１０１を光らせながら半導体レーザ１０１の位置や向きを調節するアクティブ光軸調整によって、支持部材１０３の基材１０４に対する取り付け位置と、レーザホルダ１０２の支持部材１０３に対する姿勢とが定められる。次に、レーザホルダ１０２の接着剤注入口１０２ｃおよび１０２ｄを通じて紫外線硬化性の接着剤が注入され、その後、紫外線照射が所定時間施され、レーザホルダ１０２と支持部材１０３と基材１０４とが接着固定される。

特開２００６−２３６５４２号公報（第６及び７頁、図１−３）

従来、光ディスク装置などの光エレクトロニクス装置において、半導体レーザなどの光半導体素子に用いられている汎用パッケージには、主なものとして、キャンパッケージやモールドフレームパッケージなどがある。これらのパッケージは、一つ一つが個別部品として取り扱いしやすい大きさになっており、特許文献１に示されているように、個別部品をアセンブルして光ピックアップ装置などを組み立てることを想定して設計されている。従って、チップレベルに近い超小型実装といった目的には適していない。

また、光半導体素子は、上記アセンブルに際して、光ピックアップ装置のスライドベースに設けられている孔などにさし込まれて実装されるように、設計されている。このため、ヒートシンクステムのベース面などを光ピックアップ装置への取り付けの際の基準面とし、光半導体素子を上記パッケージに固定する際にはこの基準面に対し位置決めするように、設計されている。しかしながら、通常、半導体レーザなどの光半導体素子の発光点の位置は、このベース面から立ち上がった位置にあり、ベース面上の基準位置から３次元的に離れた位置にある。このため、上記発光点と基準位置とを同一視野内におさめ、高倍率で画像認識するなどの方法がとれず、高精度の画像認識による高精度実装が適用できない。

また、光半導体素子を封止するキャップは、光半導体素子を上記パッケージに固定した後に配置される。このため、キャップの位置には、「キャップ部材の公差」に、「キャップとベース面との間の接着によるばらつき」や、前述の「光半導体素子の発光点と、ベース面上の基準位置との間の位置決め精度の確保が難しいために生じる光半導体素子固定位置の大きなばらつき」が加算されるので、基準とするには精度が悪く、適してない。

上述したように、半導体レーザなどの光半導体素子に用いられている従来の汎用パッケージは、超高精度で実装して、アクティブ調整マウントの一部または全部を不要にするといった目的には適していない。従って、実装の際には、特許文献１に示されているように、発光素子を光らせながら発光素子の位置や向きを調節して搭載することが必要であり、実装工程が複雑になる。また、特許文献１に示されているように、仮止めのための部材などが必要になる。

また、別の問題点として、光半導体素子の封止に関わる困難がある。青色レーザや高輝度レーザなどのように、レーザによっては、動作中に端面堆積物などの影響を受けて信頼性が損なわれる場合があり、それを防ぐためには、一般にレーザを封止（シール）することが必要になる。しかし、光半導体素子を封止すると、光半導体素子の位置を観察しながら光半導体素子を実装することができなくなる。一方、集積回路（ＩＣ）や光学部品を集積した光集積素子に、封止していない光半導体素子を組み込み、組み込み後に光集積素子全体を封止しようとすると、光集積素子のデバイス構造が複雑であるため、封止は容易ではない。例えば、ＩＣや光学部品のすべてを封止すると、封止容積が増えたり、封止工程で用いられる接着剤などの揮発成分の影響を受けて、光学部品の信頼性に悪影響が生じたりするなどの問題がある。また、組み込みの前に光半導体素子の良否を十分に試験することができないので、組み込み後に光半導体素子の不良が判明し、組み込み工程や、他のＩＣや光学部品などの部材が無駄になることがある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、実装の際に光半導体素子の位置決めを簡易に行うことができ、位置決めと光半導体素子の封止とを両立させることのできる光半導体素子モジュール、及び、その光半導体素子モジュールを用いた実装構造、並びに光エレクトロニクス装置を提供することにある。

即ち、本発明は、支持体の一方の面側に光半導体素子が載置され、光の出射又は入射が前記一方の面に交差する方向に行われる光半導体素子モジュールにおいて、
前記光半導体素子が光エレクトロニクス装置に実装される際に位置決めに用いられる 位置決め手段が、前記支持体の前記一方の面に立設されている
ことを特徴とする、光半導体素子モジュールに係わり、また、光学装置が配置された基材に、この光半導体素子モジュールの前記光半導体素子が、前記位置決め手段に基づいて位置決めされて実装されている、光エレクトロニクス装置に係わるものである。

また、光半導体素子が支持体の一方の面側に載置され、光の出射又は入射が前記一方の面に交差する方向に行われるように構成された光半導体素子モジュールが形成され、
前記光半導体素子が光エレクトロニクス装置に実装される際に位置決めに用いられる 位置決め手段が、前記支持体の前記一方の面に立設されており、
前記光エレクトロニクス装置の基材の所定の位置に、前記位置決め手段が突き当てら れることにより、前記光半導体素子が位置決めされて実装されている、
光半導体素子の実装構造に係わるものである。

本発明の光半導体素子モジュールは、支持体の一方の面側に光半導体素子が載置され、光の出射又は入射が前記一方の面に交差する方向に行われる光半導体素子モジュールであって、
前記光半導体素子が光エレクトロニクス装置に実装される際に位置決めに用いられる 位置決め手段が、前記支持体の前記一方の面に立設されている
ことを特徴とする。前記位置決め手段は、位置認識マークのように、実装手段によって観察されることによって前記光半導体素子の位置情報を提供し、位置決めを補助するものであってもよいし、突き当て手段のように位置決めに直接用いられるものであってもよい。いずれにしても、前記光半導体素子を保護のために封止しても、前記位置決め手段は露出しているので、前記位置決め手段を用いて前記光半導体素子の高精度の位置決めと実装を実現できる。すなわち、本発明の光半導体素子モジュールによれば、前記光半導体素子の位置決めと封止とを両立させることができる。

また、前記位置決め手段は、前記支持体の前記一方の面に立設されているので、前記一方の面自体に位置決め手段を設ける場合よりも、前記光半導体素子に近い位置に配置することができる。この結果、立設された前記位置決め手段の先端に位置認識マークを設ける場合には、前記光半導体素子を前記光半導体素子モジュールに載置する際に、前記光半導体素子ばかりでなく、それと近い位置に位置認識マークを観察しながら行うことができ、位置認識マークに対してより正確、かつ、より容易に前記光半導体素子を載置することができる。また、前記位置決め手段の先端に突き当て部を設ける場合には、前記光半導体素子を前記光半導体素子モジュールに載置する際に、上記突き当て部を近い位置に観察しながら行うことができ、上記突き当て部に対してより正確、かつ、より容易に前記光半導体素子を配置することができる。更に、上記突き当て部を突き当てる際に、前記光半導体素子などの他の部材が障害になることが少ない。このため、前記光半導体素子を前記光エレクトロニクス装置に実装する際に、前記位置決めとして突き当てを適用しやすくなり、突き当てを適用できる前記光エレクトロニクス装置の範囲が拡大する。なお、突き当てでは、１回の突き当てで位置決めできるのは１次元方向であるが、突き当てを繰り返すことで２次元や３次元の位置決めを行うこともできる。また、突き当てによって１次元方向の位置決めを行い、３次元の位置決めを２次元の位置決めに簡略化することができれば、その後の処理は著しく容易になる。

本発明の光エレクトロニクス装置は、光学装置が配置された基材に、本発明の光半導体素子モジュールの前記光半導体素子が、前記位置決め手段に基づいて位置決めされて実装されている光エレクトロニクス装置であるから、前記光半導体素子モジュールの上記の効果を生かして製造することができ、作製精度が向上する。また、生産性や製造歩留まりが向上するので、製造コストが低下する。

また、本発明の光半導体素子の実装構造は、本発明の光半導体素子モジュールが有する前記位置決め手段と本質的に同じ位置決め手段を用いて、突き当てによって位置決めして、前記光半導体素子を前記光エレクトロニクス装置に実装した構造である。従って、実装に関しては、前記光半導体素子モジュールの前記位置決め手段を用いて、突き当てで位置決めを行う場合について上述した効果と同じ効果が得られ、作製精度が向上し、また、生産性や製造歩留まりが向上して製造コストが低下する。

本発明の光半導体素子モジュールにおいて、前記光半導体素子が光エレクトロニクス装置に実装される際に、前記光エレクトロニクス装置の基材の所定の位置に、前記位置決め手段が突き当てられることにより、前記光半導体素子が位置決めされるのがよい。突き当てによれば、簡易に、能率よく位置決めを行うことができ、対象もさほど制限されないので、突き当ては位置決めのための有効な方法である。

この際、前記突き当てによって、前記一方の面に直交する方向における位置決めが行われるのがよい。また、前記光半導体素子の周囲に複数個の前記位置決め手段が設けられているのがよい。このようにすれば、前記突き当ての安定性や正確さが向上する。

また、前記光半導体素子を外界から分離するとともに、前記光半導体素子と外界との間の光の出射又は入射を可能にする窓を備えた封止部材が、前記支持体の前記一方の面に立設されているのがよい。この場合、前記光半導体素子のみを封止するので、前記封止部材の構造は汎用のキャンパッケージの封止構造と同様になり、既存の汎用技術で作製できるため、低コストである。

既述したように、本発明によれば、前記光半導体素子を保護のために封止しても、前記位置決め手段は露出しているので、前記位置決め手段を用いて前記光半導体素子の高精度の位置決めと実装を実現できる。前記光半導体素子を封止した後、前記光エレクトロニクス装置に実装すれば、前記光半導体素子が前記封止部材によって保護されているので、実装工程において前記光半導体素子が損傷を受ける頻度、並びに程度が小さくなり、前記光半導体素子の信頼性が向上する。

加えて、前記光エレクトロニクス装置を構成する他の部材やその集積構造を、前記光半導体素子とともに封止する必要がなくなるので、他の部材やその集積構造の材料選択や設計の自由度が大きくなる。また、前記光エレクトロニクス装置に実装する前に前記光半導体素子が封止されているので、予め単独で十分なスクリーニング試験を行い、これによって寿命特性などのよい良品の前記光半導体素子を選別することが可能になり、この良品を用いて前記光エレクトロニクス装置を作製することができる。このため、前記光半導体素子の不良によって実装工程や他の部材が無駄になることをなくすことができ、生産性が向上し、コストが低下する。

前記封止部材が立設される際、前記一方の面に直交する方向において、前記位置決め手段が、前記封止部材の先端と同じか、それより突き出た位置に設けられているのがよい。このようであれば、前記位置決め手段を突き当てる際に、前記封止部材が障害になることが少ない。このため、突き当てを適用できる前記光エレクトロニクス装置の範囲が拡大する。

また、前記支持体の前記一方の面に立設された支持部材に前記光半導体素子が載置され、前記一方の面に直交する方向において、前記位置決め手段と、前記光半導体素子の光出射面又は受光面の位置とがほぼ同じ位置にあるのがよい。このようにすると、前記光半導体素子を前記支持体に載置する際に、前記光半導体素子の位置ばかりでなく、同時に、前記位置決め手段の位置も、画像認識等の手段で容易に高精度位置認識することが可能となり、前記位置決め手段に対する素子搭載精度を容易に高めることができる。

この際、前記光半導体素子の前記光出射面又は前記受光面を間に挟んでその両側に、複数個の前記位置決め手段が設けられているのがよい。このようにすると、両側の前記位置決め手段の位置をより高精度で認識しながら前記光半導体素子を搭載することが可能となり、前記位置決め手段に対する前記光半導体素子の搭載位置精度を更に高めることができる。

また、前記光の出射又は入射方向が前記一方の面に直交する方向であるのがよい。

また、前記光半導体素子が発光素子であるのがよい。例えば、前記発光素子が半導体レーザ素子であるのがよい。前記発光素子では発光領域が狭い領域に限られるため、正確な位置決めが必要であり、本発明が最も効果的に適用される。

本発明の光エレクトロニクス装置において、前記光半導体素子が半導体レーザ素子であり、光ディスクに対し情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の一部又は全部として構成されているのがよい。

この際、前記半導体レーザ素子から出射された光が、前記光ディスクによって反射されて生じた戻り光を、受光する受光素子を備えているのがよい。

次に、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に、より具体的に説明する。

実施の形態１
実施の形態１では、主として、請求項１〜６に関わる例として、前記光半導体素子として発光素子を備えた光半導体素子モジュールの例、および、請求項１２に関わる例として、光半導体素子モジュールがその前記位置決め手段に基づいて位置決めされて実装されている光エレクトロニクス装置の例について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に基づく光半導体素子モジュールを示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。断面図（ｂ）は、上面図（ａ）に１Ｂ−１Ｂ線で示した位置における断面図である。

図１に示すように、光半導体素子モジュール１０では、前記支持体であり、放熱手段も兼ねているヒートシンクステム１の一方の面に、支持手段であるダイボンドブロック２と、前記位置決め手段である位置基準ブロック４とが立設され、前記光半導体素子である半導体レーザなどの発光素子３がダイボンドブロック２に載置されている。発光素子３は、直接ダイボンドブロック２に固定されていてもよいし、サブマウントを介して固定されていてもよい。ダイボンドブロック２と位置基準ブロック４とは位置精度よく作製されることが必要である。

また、光半導体素子モジュール１０では、請求項５に対応して、前記封止部材であるウインドウキャップ８が、ヒートシンクステム１の前記一方の面に立設されている。ウインドウキャップ８は発光素子３を外界から分離、保護するが、発光素子３から外界へ光を出射できるように窓９を備えている。図１からわかるように、ウインドウキャップ８は発光素子３とその近傍のみを封止するので、発光素子３を封止しても、位置基準ブロック４は露出している。従って、位置基準ブロック４を用いて、発光素子３を高精度で位置決めし、後述する光エレクトロニクス装置１６に実装できる。すなわち、本発明の光半導体素子モジュールによれば、前記光半導体素子の位置決めと封止とを両立させることができる。また、ウインドウキャップ８の構造は汎用のキャンパッケージの封止構造と同様であり、既存の汎用技術で作製できるため、低コストである。

さらに、光半導体素子モジュール１０は、発光素子３に電流を通じるためのリード５と７、および、リード５とヒートシンクステム１との間を絶縁しながら気密を保つためのシール材６などを備えている。発光素子３の一方の電極は、ダイボンドブロック２を介してリード７と接続され、他方の電極は図示省略したワイヤでリード５に接続される。

光半導体素子モジュール１０の最も大きな特徴は、請求項２に対応して、発光素子３が後述する光エレクトロニクス装置１６に実装される際に、光エレクトロニクス装置１６の基材の所定の位置に、位置基準ブロック４の先端に設けられた突き当て面４ａが突き当てられることにより、発光素子３が位置決めされることである。

この場合、突き当てによって、前記一方の面に直交する方向における位置決めが行われる。通常、光の出射方向は前記一方の面に直交する方向であるので、突き当てによって光軸方向における位置決めが行われることになる。また、光半導体素子モジュール１０では、発光素子３を間に挟んで２つの位置基準ブロック４が設けられているので、安定した、正確な突き当てが可能である。

また、光半導体素子モジュール１０の別の特徴は、請求項６に対応して、ヒートシンクステム１の一方の面に直交する方向において、位置基準ブロック４の先端が、ウインドウキャップ８の先端と同じか、それより突き出た位置に設けられていることである。このようであれば、位置基準ブロック４の先端に設けられた突き当て面４ａを突き当てる際に、ウインドウキャップ８が障害になることが少ない。このため、突き当てを適用できる光エレクトロニクス装置が制限されることがほとんどない。

光半導体素子モジュール１０を作製するには、まず、ヒートシンクステム１の一方の面側に、ダイボンドブロック２と位置基準ブロック４とを形成する。既述したように、ダイボンドブロック２と位置基準ブロック４とは位置精度よく作製されることが必要であり、例えば、ヒートシンクステム１とともに一体化して作製されることが望ましい。必要な位置精度を実現できるのであれば、別個に形成して、１つに組み立ててもよい。

次に、発光素子３の発光面がダイボンドブロック２の先端２ａに一致するように、発光素子３をダイボンドブロック２に固定する。この際、ヒートシンクステム１自体ではなく、ヒートシンクステム１に立設された位置基準ブロック４の先端に突き当て面４ａが設けられているため、ダイボンドブロック２の先端２ａとその両側の突き当て面４ａとをＣＣＤカメラの同一視野に入れ、高精度で観察しながら上記固定を行うことができる。このため、突き当て面４ａに対してより正確、かつ、より容易に発光素子３の発光面を配置することができる。

次に、ヒートシンクステム１の一方の面に、窓９を備えたウインドウキャップ８を立設する。

図２は、実施の形態１に基づく光エレクトロニクス装置１６の構造を示す断面図である。光エレクトロニクス装置１６は発光部として光半導体素子モジュール１０を備え、その他に、グレーティング１２、複合レンズ１３、複合プリズム１４などからなる光学集積系、および、受光素子集積回路１５からなる受光部を備えている。全体は、前記基材である基体１１に保持されるが、実施の形態１の特徴として、光半導体素子モジュール１０は、位置基準ブロック４の突き当て面４ａを基体１１側突き当て面１１ａに突き当てることによって、位置決めされる。

図３は、光エレクトロニクス装置１６の製造工程と、突き当てによる位置決めを説明する説明図である。図３に示すように、発光部である光半導体素子モジュール１０と、光学集積系および受光部とは別々に組み立てられ、最後に、突き当てによって位置決めして、光半導体素子モジュール１０を光学集積系および受光部に組み込んで、光エレクトロニクス装置１６が完成する。

図３に示すように、光半導体素子モジュール１０では、発光素子３をウインドウキャップ８で封止しても、位置基準ブロック４は露出している。従って、位置基準ブロック４を用いて発光素子３を高精度で位置決めし、光エレクトロニクス装置１６に実装することができる。すなわち、発光素子３の位置決めと封止とを両立させることができる。なお、この突き当てで位置決めできるのは、ヒートシンクステム１の一方の面に直交する方向についてのみであるが、この位置決めによって、３次元の位置決めを行う課題を２次元の位置決めを行う課題に簡略化することができれば、その後の処理は著しく容易になる。そして、３次元すべての方向を接着材で固定する構成に比べて、長期的安定性が向上する。また、上記方向に直交する方向で位置基準ブロック４の側面を突き当てることによって、突き当てによって２次元や３次元の位置決めを行うこともできる。

また、発光素子３をウインドウキャップ８で封止した後に、光エレクトロニクス装置１６に実装するので、発光素子３がウインドウキャップ８によって保護されており、実装工程において発光素子３が損傷を受ける頻度、並びに程度が小さくなり、発光素子３の信頼性が向上する。

また、発光素子３が既に封止されているので、光エレクトロニクス装置１６を構成する他の部材やその集積構造１２〜１５を発光素子３とともに封止する必要がなくなり、他の部材やその集積構造１２〜１５の材料選択や設計の自由度が大きくなる。

また、光エレクトロニクス装置１６に実装する前に発光素子３が封止されているので、予め単独で十分なスクリーニング試験を行い、これによって寿命特性などのよい良品の発光素子３を選別することが可能になり、この良品を用いて光エレクトロニクス装置１６を作製することができる。このため、発光素子３の不良によって実装工程や他の部材１１〜１５が無駄になることをなくすことができ、生産性が向上し、コストが低下する。

上述したように、突き当てによれば、簡易に、能率よく位置決めを行うことができ、対象もさほど制限されないので、突き当ては位置決めのための有効な方法である。特に。本実施の形態によれば、突き当て面４ａがヒートシンクステム１ではなく、ヒートシンクステム１の一方の面に立設された位置基準ブロック４の先端に設けられており、一方の面に直交する方向において、突き当て面４ａがウインドウキャップ８の先端と同じか、それより突き出た位置にある。このため、突き当て面４ａを基体１１側の突き当て面１１ａに突き当てる際に、ウインドウキャップ８が障害になることが少なく、光路を確保した平坦な突き当て面１１ａがあればよい。従って、突き当てを適用できる光エレクトロニクス装置が制限されることがほとんどない。また、光エレクトロニクス装置１６は作製精度が向上し、また、生産性および製造歩留まりが向上するので製造コストが低下する。

光エレクトロニクス装置１６は、発光素子３として半導体レーザ素子を用いれば、半導体レーザ素子から出射された光を光ディスクに照射し、光ディスクによって反射されて生じた戻り光を受光素子集積回路１５で受光し、光ディスクに対し情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の一部として用いることができる。

なお、本実施の形態では、位置基準ブロック４の先端に突き当て面４ａを設ける例を説明したが、突き当て面４ａの代わりに、位置認識マークのように、実装手段によって観察されることによって発光素子３との位置情報を提供し、位置決めを補助するものであってもよい。この場合には、突き当てによる位置決めの効果は得られないが、その他の点では本実施の形態と同様の効果を得ることができる。例えば、位置認識マークがヒートシンクステム１ではなく、ヒートシンクステム１の一方の面に立設された位置基準ブロック４の先端に設けられているため、発光素子３を光半導体素子モジュール１０に載置する際に、発光素子３ばかりでなく、それと近い位置に位置認識マークを観察しながら行うことができ、位置認識マークに対してより正確、かつ、より容易に発光素子３を載置することができる。

実施の形態２
実施の形態２では、主として、請求項１〜５、７、８に関わる例として、前記光半導体素子として発光素子を備えた光半導体素子モジュールの例、および、請求項１２に関わる例として、光半導体素子モジュールがその前記位置決め手段に基づいて位置決めされて実装されている光エレクトロニクス装置の例について説明する。

図４は、本発明の実施の形態２に基づく光半導体素子モジュールを示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。断面図（ｂ）は、上面図（ａ）に４Ｂ−４Ｂ線で示した位置における断面図である。

図４に示すように、光半導体素子モジュール２０では、前記支持体であり、放熱手段も兼ねているヒートシンクステム１の一方の面に、前記支持手段であるダイボンドブロック２と、前記位置決め手段である位置基準ブロック２４とが立設され、前記光半導体素子である半導体レーザなどの発光素子３がダイボンドブロック２に載置されている。ダイボンドブロック２と位置基準ブロック２４とは位置精度よく作製されることが必要である。

また、光半導体素子モジュール２０では、請求項５に対応して、前記封止部材であるウインドウキャップ８が、ヒートシンクステム１の前記一方の面に立設されている。ウインドウキャップ８は発光素子３を外界から分離、保護するが、発光素子３から外界へ光を出射できるように窓９を備えている。図４からわかるように、ウインドウキャップ８は発光素子３とその近傍のみを封止するので、発光素子３を封止しても、位置基準ブロック４は露出している。従って、位置基準ブロック４を用いて、発光素子３を高精度で位置決めし、後述する光エレクトロニクス装置１６に実装できる。すなわち、本発明の光半導体素子モジュールによれば、前記光半導体素子の位置決めと封止とを両立させることができる。また、ウインドウキャップ８の構造は汎用のキャンパッケージの封止構造と同様であり、既存の汎用技術で作製できるため、低コストである。

さらに、光半導体素子モジュール２０は、発光素子３に電流を通じるためのリード５と７、および、リード５とヒートシンクステム１との間を絶縁しながら気密を保つためのシール材６などを備えている。発光素子３の一方の電極は、ダイボンドブロック２を介してリード７と接続され、他方の電極は図示省略したワイヤでリード５に接続される。

光半導体素子モジュール２０の最も大きな特徴は、光半導体素子モジュール１０と同様、請求項２に対応して、発光素子３が後述する光エレクトロニクス装置２６に実装される際に、光エレクトロニクス装置２６の基材の所定の位置に、位置基準ブロック２４の先端に設けられた突き当て面２４ａが突き当てられることにより、発光素子３が位置決めされることである。

この場合、突き当てによって、前記一方の面に直交する方向における位置決めが行われる。通常、光の出射方向は前記一方の面に直交する方向であるので、突き当てによって光軸方向における位置決めが行われることになる。また、光半導体素子モジュール２０では、発光素子３を間に挟んで２つの位置基準ブロック２４が設けられているので、安定した、正確な突き当てが可能である。

光半導体素子モジュール２０が光半導体素子モジュール１０と異なる点は、請求項７に対応して、ヒートシンクステム１の一方の面に直交する方向において、前記支持部材であるダイボンドブロック２４の先端と、発光素子３の光出射面とがほぼ同じ位置にある（近いか、ほぼ揃っている）ことである。このため、次に述べるように、位置基準ブロック２４の先端の突き当て面２４ａに対し、光半導体素子モジュール１０の場合よりも高い精度で、発光素子３を配置することが可能となる。なお、上記の結果、位置基準ブロック２４の先端は、図４（ｂ）において、ウインドウキャップ８の先端よりも低い位置に設けられていることになる。

光半導体素子モジュール２０を作製するには、まず、ヒートシンクステム１の一方の面側に、ダイボンドブロック２と位置基準ブロック２４とを形成する。既述したように、ダイボンドブロック２と位置基準ブロック２４とは位置精度よく作製されることが必要であり、例えば、ヒートシンクステム１とともに一体化して作製されることが望ましい。必要な位置精度を実現できるのであれば、別個に形成して、１つに組み立ててもよい。

次に、ダイボンドブロック２の先端２ａとその両側の突き当て面２４ａとをＣＣＤカメラの同一視野に入れ、高精度で観察しながら、発光素子３の発光面がダイボンドブロック２の先端２ａに一致するように、発光素子３をダイボンドブロック２に固定する。この際、ヒートシンクステム１の一方の面に直交する方向において、ダイボンドブロック２４の先端と発光素子３の光出射面とがほぼ同じ位置になるため、実施の形態１よりも突き当て面２４ａに対して近い位置に発光素子３の発光面を観察しながら、上記固定を行うことができる。このため、光半導体素子モジュール１０の場合よりも、突き当て面２４ａに対してより正確、かつ、より容易に発光素子３の発光面を配置することができる。

この際、さらに、図４（ａ）に点線で示すように、位置基準ブロック２４の側面とダイボンドブロック２の素子ダイボンド面２ｂを同一平面か、それに近い状態に配置するのがよい。このようにすれば、ＣＣＤカメラによる観察において、奥行き方向の位置も一致し、観察像の焦点が一致するので、画像認識がいっそう容易かつ正確になる。

次に、ヒートシンクステム１の一方の面に、窓９を備えたウインドウキャップ８を立設する。

図５は、実施の形態２に基づく光エレクトロニクス装置２６の構造を示す断面図である。光エレクトロニクス装置２６は発光部として光半導体素子モジュール２０を備え、その他に、グレーティング１２、複合レンズ１３、複合プリズム１４などからなる光学集積系、および、受光素子集積回路１５からなる受光部を備えている。全体は、前記基材である基体２１に保持されるが、実施の形態２の特徴として、光半導体素子モジュール２０は、位置基準ブロック２４の突き当て面２４ａを基体２１側突き当て面２１ａに突き当てることによって、位置決めされる。この際、光半導体素子モジュール２０のウインドウキャップ８が基体２１の中に入り込む形になるので、光半導体素子モジュール１０に比べると、光エレクトロニクス装置２６の構造に対する制限が少し生じる。

その他の点では、実施の形態２は実施の形態１と同じであるので、共通点に関しては同様の効果が得られるのは言うまでもない。すなわち、上記突き当てで位置決めできるのは、ヒートシンクステム１の一方の面に直交する方向についてのみであるが、この位置決めによって、３次元の位置決めを行う課題を２次元の位置決めを行う課題に簡略化することができれば、その後の処理は著しく容易になる。そして、３次元すべての方向を接着材で固定する構成に比べて、長期的安定性が向上する。また、上記方向に直交する方向で位置基準ブロック２４の側面を突き当てることによって、突き当てによって２次元や３次元の位置決めを行うこともできる。

また、発光素子３をウインドウキャップ８で封止した後に、光エレクトロニクス装置２６に実装するので、発光素子３がウインドウキャップ８によって保護されており、実装工程において発光素子３が損傷を受ける頻度、並びに程度が小さくなり、発光素子３の信頼性が向上する。

また、発光素子３が既に封止されているので、光エレクトロニクス装置２６を構成する他の部材やその集積構造１２〜１５を発光素子３とともに封止する必要がなくなり、他の部材やその集積構造１２〜１５の材料選択や設計の自由度が大きくなる。

また、光エレクトロニクス装置２６に実装する前に発光素子３が封止されているので、予め単独で十分なスクリーニング試験を行い、これによって寿命特性などのよい良品の発光素子３を選別することが可能になり、この良品を用いて光エレクトロニクス装置２６を作製することができる。このため、発光素子３の不良によって実装工程や他の部材１１〜１５が無駄になることをなくすことができ、生産性が向上し、コストが低下する。

また、突き当てによれば、簡易に、能率よく位置決めを行うことができる。また、光エレクトロニクス装置２６は作製精度が向上し、また、生産性および製造歩留まりが向上するので製造コストが低下する。

光エレクトロニクス装置２６は、発光素子３として半導体レーザ素子を用いれば、半導体レーザ素子から出射された光を光ディスクに照射し、光ディスクによって反射されて生じた戻り光を受光素子集積回路１５で受光し、光ディスクに対し情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の一部として用いることができる。

実施の形態３
実施の形態３では、主として、請求項１２に関わる例として、光半導体素子モジュールがその前記位置決め手段に基づいて位置決めされて実装されている光エレクトロニクス装置の例について説明する。

図６は、本発明の実施の形態３に基づく光エレクトロニクス装置３０の構造を示す断面図である。光エレクトロニクス装置３０は、発光部として光半導体素子モジュール１０を備え、その他に、グレーティング３２、複合レンズ３３、複合プリズム３４などからなる光学集積系、および、受光素子集積回路３５からなる受光部を備えている。全体は、前記基材である基体３１に保持されるが、実施の形態３の特徴として、光半導体素子モジュール１０は、位置基準ブロック４の突き当て面４ａを基体３１の突き当て面３１ａに突き当てることによって、位置決めされる。

光エレクトロニクス装置３０が、図２に示した光エレクトロニクス装置１０と異なるのは、光半導体素子モジュール１０が横向きになり、プリズム３６が追加されたことである。その効果として、光半導体素子モジュール１０の向きを変更できることに加えて、光半導体素子モジュール１０の発光光量をモニタ光受光素子３７でモニタできることがある。その他は光エレクトロニクス装置１０と同じであるから、重複を避けるため、繰り返し述べることは省略するが、光エレクトロニクス装置１０と同じ効果が得られることは言うまでもない。

実施の形態４
実施の形態４では、種々の光半導体素子モジュールの例について説明する。

図７および図８は、本発明の実施の形態４に基づく、種々の光半導体素子モジュールの例を示す上面図である。図７（ａ）〜（ｃ）は、図７に点線で示すように、位置基準ブロック２４の側面とダイボンドブロック２の素子ダイボンド面２ｂを同一平面かそれに近い状態に配置する場合である。図７（ａ）は、突き当ての安定性を増すため、実施の形態２に示した光半導体素子モジュール２０に、３個目の位置基準ブロック４１を追加した例である。

図７（ｂ）および（ｃ）は、位置基準ブロック２４の断面形状を位置基準ブロック４２または４３に変更して、小型化を図った場合である。これらの場合でも、突き当ての安定性を増すため、３個目の位置基準ブロックを点線の位置などに追加してもよい。

図８（ｄ）〜（ｆ）は、素子ダイボンド面を、例えば４５度回転させ、素子ダイボンド面４５ｂとした例である。この場合でも、２個の位置基準ブロック２４を結ぶ線（図８（ｄ）中の点線）が素子ダイボンド面４５ｂの中心を通るのがよい。図８（ｄ）〜（ｆ）は、位置基準ブロックの個数および位置を変更したが、これは、実装方法や組立て装置、チップマウント時の精度認識のバランスを考慮して決めればよい。例えば、同じ画像認識視野内で見やすいと考えられる図８（ｆ）の方が使いやすい場合もあると考えられる。

実施の形態５
実施の形態５では、主として、請求項１２〜１４に関わる例として、光ピックアップ装置として構成された光エレクトロニクス装置の例について説明する。

図９は、実施の形態５に基づく、半導体レーザを用いた高精度ディスクリート型の光ピックアップ装置の構成を示す概略説明図であり、図９（ａ）はその部分側面図であり、図９（ｂ）はその部分上面図である。光ピックアップ装置５０は、主として、半導体レーザ５１、偏光ビームスプリッタ５２、コリメータ５３、立ち上げミラー５４、１／４波長板５５、対物レンズ５６、ホログラフィック光学素子５７、受光素子集積回路５８、およびモニタフォトダイオード５９からなる。

光ピックアップ装置５０を用いて光ディスク６０に情報の記録を行う場合には、図９（ｂ）に示すように、半導体レーザ５１から横方向に出射された光は、偏光ビームスプリッタ５２で直角に横方向に反射され、コリメータ５３で集光された後、立ち上げミラー５４によって上方へ反射される。図９（ａ）に示すように、上方へ反射された光は、１／４波長板５５を通過後、対物レンズ５６によって光ディスク６０の表面に集光され、情報の記録を行う。この際、半導体レーザ５１の出力はモニタフォトダイオード５９によってモニタされ、レーザ光の強さが一定になるように調整される。

光ピックアップ装置５０を用いて光ディスク６０から情報の再生を行う場合には、上記と同様にして光ディスク６０にレーザ光を照射し、反射された光を対物レンズ５６、１／４波長板５５、立ち上げミラー５４、コリメータ５３、偏光ビームスプリッタ５２、ホログラフィック光学素子５７を介して受光素子５８へ導き、信号を検出する。

光ピックアップ装置５０において、半導体レーザ５１は前述した光半導体素子モジュール１０または２０の形態で保持され、光ピックアップ装置５０の（図示省略した）基体に対し、突き当てで位置決めされて実装される。

この突き当てで位置決めできるのは、ヒートシンクステム１の前記一方の面に直交する方向についてのみであるが、この位置決めによって、３次元の位置決めを行う課題を２次元の位置決めを行う課題に簡略化することができれば、その後の処理は著しく容易になる。そして、３次元すべての方向を接着材で固定する構成に比べて、長期的安定性が向上する。また、上記方向に直交する方向で位置基準ブロック４の側面を突き当てることにより、突き当てによって２次元や３次元の位置決めを行うこともできる。また、同様の方法によって受光素子集積回路５８を実装することもできる。

情報の記録を行う光ピックアップ装置５０では、半導体レーザ５１から出射される光が細く絞られているため、わずかなあおりや位置ずれで光ディスク６０上の焦点に照射される光の強度が大きく変化する。従って、信号の再生に比べてより高精度の位置決めが必要になる。この例のように、光半導体素子モジュール１０または２０が個別の部材として組み込まれる高精度ディスクリート型の光ピックアップ装置においても、本発明は有効である。

本発明は、上記に記述した例に限定されず、例えば、光ディスクシステム以外のデバイスへの応用等、様々なケースに応用が可能である。また、光半導体素子が半導体レーザである例について説明したが、光半導体素子が、発光ダイオード（ＬＥＤ）や高輝度発光ダイオード（Super Luminescent Diode；ＳＬＤ）やフォトダイオード（ＰＤ）等であってもよい。

本発明は、光ディスクに対して情報の再生や記録を行うための光ピックアップ装置などに有用である。

本発明の実施の形態１に基づく光半導体素子の光半導体素子モジュールを示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。 同、光エレクトロニクス装置の構造を示す断面図である。 同、光エレクトロニクス装置の製造工程と、突き当てによる位置決めを説明する説明図である。 本発明の実施の形態２に基づく光半導体素子の光半導体素子モジュールを示す上面図（ａ）および断面図（ｂ）である。 同、光エレクトロニクス装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に基づく光エレクトロニクス装置の構造を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に基づく光半導体素子モジュールを示す上面図である。 同、別の光半導体素子モジュールを示す上面図である。 本発明の実施の形態５に基づく、高精度ディスクリート型の光ピックアップ装置の構成を示す概略説明図である。 後述の特許文献１に示されている半導体レーザの取り付け構造を示す斜視図（ａ）および側面図（ｂ）である。 同、半導体レーザの取り付け構造の分解斜視図である。

符号の説明

１…ヒートシンクステム、２…ダイボンドブロック、
２ａ…ダイボンドブロックの先端、２ｂ…素子ダイボンド面、
３…発光素子（半導体レーザなど）、４…位置基準ブロック、４ａ…突き当て面、
５、７…リード、６…シール材、８…ウインドウキャップ、９…窓、
１０…光半導体素子モジュール、１１…基体、１１ａ…突き当て面、
１２…グレーティング、１３…複合レンズ、１４…複合プリズム、
１５…受光素子集積回路、１６…光エレクトロニクス装置、
２０…光半導体素子モジュール、２１…基体、２１ａ…突き当て面、
２４…位置基準ブロック、２４ａ…突き当て面、２６…光エレクトロニクス装置、
３０…光エレクトロニクス装置、４１…追加された位置基準ブロック、
４２、４３…位置基準ブロック、４４…小型化されたヒートシンクステム、
４５…ダイボンドブロック、４５ｂ…素子ダイボンド面、４６…リード、
５０…光ピックアップ装置、５１…半導体レーザ、５２…偏光ビームスプリッタ、
５３…コリメータ、５４…立ち上げミラー、５５…１／４波長板、５６…対物レンズ、
５７…ホログラフィック光学素子、５８…受光素子集積回路、
５９…モニタフォトダイオード、６０…光ディスク（ＣＤまたはＤＶＤ）、
１０１…半導体レーザ、１０２…レーザホルダ、１０２ａ、１０２ｂ…凸軸、
１０２ｃ、１０２ｄ…接着剤注入口、１０３…支持部材、１０４…基材、
１０５…板状取り付け部、１０６…基板部、１０７…上突片部、１０７ａ…孔、
１０８…下突片部、１０９…折れ曲がり部

Claims (15)

1. 支持体の一方の面側に光半導体素子が載置され、光の出射又は入射が前記一方の面に交差する方向に行われる光半導体素子モジュールにおいて、
   前記光半導体素子が光エレクトロニクス装置に実装される際に位置決めに用いられる 位置決め手段が、前記支持体の前記一方の面に立設されている
   ことを特徴とする、光半導体素子モジュール。
2. 前記光半導体素子が光エレクトロニクス装置に実装される際に、前記光エレクトロニクス装置の基材の所定の位置に、前記位置決め手段が突き当てられることにより、前記光半導体素子が位置決めされる、請求項１に記載した光半導体素子モジュール。
3. 前記突き当てによって、前記一方の面に直交する方向における位置決めが行われる、請求項２に記載した光半導体素子モジュール。
4. 前記光半導体素子の周囲に複数個の前記位置決め手段が設けられている、請求項２に記載した光半導体素子モジュール。
5. 前記光半導体素子を外界から分離するとともに、前記光半導体素子と外界との間の光の出射又は入射を可能にする窓を備えた封止部材が、前記支持体の前記一方の面に立設されている、請求項１に記載した光半導体素子モジュール。
6. 前記一方の面に直交する方向において、前記位置決め手段の先端が、前記封止部材の先端と同じか、それより突き出た位置に設けられている、請求項５に記載した光半導体素子モジュール。
7. 前記支持体の前記一方の面に立設された支持部材に前記光半導体素子が載置され、前記一方の面に直交する方向において、前記位置決め手段と、前記光半導体素子の光出射面又は受光面の位置とがほぼ同じ位置にある、請求項１に記載した光半導体素子モジュール。
8. 前記光半導体素子の前記光出射面又は前記受光面を間に挟んでその両側に、複数個の前記位置決め手段が設けられている、請求項７に記載した光半導体素子モジュール。
9. 前記光の出射又は入射方向が前記一方の面に直交する方向である、請求項１に記載した光半導体素子モジュール。
10. 前記光半導体素子が発光素子である、請求項１に記載した光半導体素子モジュール。
11. 前記発光素子が半導体レーザ素子である、請求項７に記載した光半導体素子モジュール。
12. 光学装置が配置された基材に、請求項１〜１１のいずれか１項に記載した光半導体素子モジュールの前記光半導体素子が、前記位置決め手段に基づいて位置決めされて実装されている、光エレクトロニクス装置。
13. 前記光半導体素子が半導体レーザ素子であり、光ディスクに対し情報の再生及び／又は記録を行う光ピックアップ装置の一部又は全部として構成された、請求項１２に記載した光エレクトロニクス装置。
14. 前記半導体レーザ素子から出射された光が、前記光ディスクによって反射されて生じた戻り光を、受光する受光素子を備えた、請求項１３に記載した光エレクトロニクス装置。
15. 光半導体素子が支持体の一方の面側に載置され、光の出射又は入射が前記一方の面に交差する方向に行われるように構成された光半導体素子モジュールが形成され、
    前記光半導体素子が光エレクトロニクス装置に実装される際に位置決めに用いられる 位置決め手段が、前記支持体の前記一方の面に立設されており、
    前記光エレクトロニクス装置の基材の所定の位置に、前記位置決め手段が突き当てら れることにより、前記光半導体素子が位置決めされて実装されている、
    光半導体素子の実装構造。

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