JP2015231038A

JP2015231038A - 半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の位置調整方法

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Publication number: JP2015231038A
Application number: JP2014118176A
Authority: JP
Inventors: 拓弥小田; Takuya Oda; 松本　亮吉; Ryokichi Matsumoto; 亮吉松本
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2014-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2015-12-21
Anticipated expiration: 2034-06-06
Also published as: JP6272151B2

Abstract

【課題】半導体レーザ素子を実装基板に実装する際の位置合わせ精度を向上させる半導体レーザ素子及び位置調整方法を提供する。
【解決手段】本発明の半導体レーザ素子３０は、当該半導体レーザ素子３０の位置を調整するために用いられる第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２を備える。第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２は、積層方向から半導体レーザ素子３０を平面視した場合において活性層３４に形成される導波路の長手方向とは直交する方向に一定の幅とされる。第１アライメントマーク４１は、その一端が前記半導体レーザ素子の切断面に接する状態で導波路の長手方向に沿って延在する。一方、第２アライメントマーク４２は、半導体レーザ素子３０の切断面と接する第１アライメントマーク４１の一端とは逆の他端を基準として切断面側とは逆側に位置し、前記導波路の長手方向に沿って延在する。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の位置調整方法に関し、半導体レーザ素子を実装基板に実装する際の位置合わせ精度を向上させる場合に好適なものである。

端面発光型レーザなどと呼ばれる半導体レーザ素子は、活性層を含む複数の層を積層した構造を有し、当該複数の層が積層される方向に沿って切断された切断面における活性層の端面領域から光を出射するようになっている。

この半導体レーザ素子の切断面は一般的に劈開によって切断される。劈開とは、結晶に機械的な力を加えると特定方向に沿って割れ易い性質を利用して結晶を切断する手法である。この劈開によって出現する面は平滑になるため、研磨等を施すことなく反射ミラーとして用いられる。

このような半導体レーザ素子は、他の光学部品と光学的に結合された状態で実装基板に実装される。半導体レーザ素子を実装基板に実装する場合、当該半導体レーザ素子と他の光学部品との光結合効率を高めるため、本来実装されるべき位置に対するずれ量を数μｍ以下とすることが要求される。

半導体レーザ素子の位置調整方法としては、主に、アクティブアライメント方式とパッシブアライメント方式とに分類される。アクティブアライメント方式は、半導体レーザ素子を駆動させ、当該駆動状態にある半導体レーザ素子の入力信号を用いて位置を調整する手法である。一方、パッシブアライメント方式は、半導体レーザ素子を駆動することなく、当該半導体レーザ素子の画像信号を用いて位置を調整する手法である。このパッシブアライメント方式の位置調整方法には、下記の特許文献１及び特許文献２が提案されている。

特開２００８−２４１７３２号公報特開２００２−６２４４７号公報

上記特許文献１では、光素子（ＬＤ）を、基板上に形成された光導波路部の導波路コアに光学的に結合された状態で、当該基板上に実装する際の位置調整方法が提案されている。すなわち、光素子における活性ラインの両側にはＬＤ側アライメントマーカが設けられ、当該光素子のＬＤ側アライメントマーカに対応する基板上の位置に基板側アライメントマーカが設けられている。さらに、光素子を導波路コアの対応した位置に装着するための基準マーカが、当該導波路コアと一括して設けられている。

このように上記特許文献１の位置調整方法は、基準マーカを導波路コアと一括して設けることで光素子の実装時の絶対的な基準とし、当該光素子が実装されるべき正規の位置を特定させるようにしている。

ところが、劈開によって得られる光素子の切断面は、当該光素子における活性ラインの長手方向にずれる場合がある。しかも、上述したように本来実装されるべき位置に対するずれ量を数μｍ以下とすることが要求されているにもかかわらず、切断面のずれ幅が１０μ程度となることがある。しかしながら、上記特許文献１の位置調整方法では、基準マーカが光素子の実装時の絶対的な基準となるため、当該光素子の切断面のずれ幅が実装時の誤差としてそのまま反映されてしまうという問題がある。

この問題を解決する位置調整方法の１つが上記特許文献２である。この特許文献２では、光半導体素子を、実装基板上に形成された光導波路に光学的に結合された状態で、当該実装基板上に実装する際の位置調整方法が提案されている。すなわち、光半導体素子には、少なくとも一つの素子マーカが、当該光半導体素子における光導波路と平行かつ少なくともその端部が実装基板へ突き当たる端面まで至るように形成されている。また、実装基板には、少なくとも一つの実装マーカが、当該実装基板上に形成された光導波路に平行かつ少なくともその端部が光半導体素子へ突き当たる端面まで至るように、しかも素子マーカと端部位置が揃うように形成されている。

このように上記特許文献２の位置調整方法は、素子マーカ及び実装マーカそれぞれを、導波路と平行に、かつ、端面に至るように形成することで、光半導体素子を切り出す際の劈開精度に関係なく、設計値の相対的位置をとるようにしている。

しかしながら、劈開によって得られる光半導体素子の切断面が本来切断されるべき面に対して傾斜していた場合、その光半導体素子における素子マーカの端部も傾斜することになる。このため、素子マーカの端部に対して実装マーカの端部の位置を揃えたときには、光半導体素子における導波路に対して実装基板上に形成された光導波路が傾斜することになり、光結合効率が著しく低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、半導体レーザ素子の切断面の状態にかかわらず位置合わせ精度を向上させ得る半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の位置調整方法を提供することを目的とする。

本発明は、活性層を含む複数の層が積層された構造を有し、前記複数の層が積層される方向に沿って切断された切断面における前記活性層の領域から光を出射する半導体レーザ素子であって、前記半導体レーザ素子の位置を調整するために用いられる第１アライメントマーク及び第２アライメントマークを備え、前記第１アライメントマーク及び第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合において前記活性層に形成される導波路の長手方向とは直交する方向に一定の幅とされ、前記第１アライメントマークは、その一端が前記半導体レーザ素子の切断面に接に接する状態で前記導波路の長手方向に沿って延在し、前記第２アライメントマークは、前記半導体レーザ素子の切断面と接する前記第１アライメントマークの一端とは逆の他端を基準として前記切断面側とは逆側に位置し、前記導波路の長手方向に沿って延在することを特徴とする。

また、本発明は半導体レーザ素子の位置調整方法であって、活性層を含む複数の層が積層された構造を有する半導体レーザ素子を、前記複数の層が積層される方向から平面視した撮像画像を取得する取得ステップと、前記撮像画像において、第１アライメントマークの一端部分を示す第１テンプレート画像との類似度が所定値以上となる領域、及び、前記第１アライメントマークの一端部分と所定の位置関係にある第２アライメントマークの一部を示す第２テンプレート画像との類似度が所定値以上となる領域を探索する探索ステップと、各前記領域がある場合には、前記第１アライメントマークの一端部分における所定の点と、前記所定の点と所定の位置関係にある点とを用いて、前記半導体レーザ素子と前記実装基板との位置を合わせる位置合わせステップとを備え、前記第１アライメントマーク及び第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合において前記活性層に形成される導波路の長手方向とは直交する方向に一定の幅とされ、前記第１アライメントマークは、前記一端が前記半導体レーザ素子の切断面に接に接する状態で前記導波路の長手方向に沿って延在し、前記第２アライメントマークは、前記半導体レーザ素子の切断面と接する前記第１アライメントマークの一端とは逆の他端を基準として前記切断面側とは逆側に位置し、前記導波路の長手方向に沿って延在することを特徴とする。

複数の層が積層される方向から半導体レーザ素子を平面視した画像上では、半導体レーザ素子の端面に接する第１アライメントマークの一端部分と、その第１アライメントマークの一端部分に対して所定の位置関係にある第２アライメントマークの一部分との相対的な座標点の位置関係は変化しない。
すなわち、半導体レーザ素子の切断面が活性層に形成される導波路の長手方向にずれていても、本来切断されるべき面に対して傾斜していても、第１アライメントマークが画像上に認識されさえすれば、その第１アライメントマークの端点に対して、所定の位置関係にある点は必ず存在する。
したがって、第１アライメントマークの端点に対して所定の位置関係にある点に第２アライメントマークが位置していれば、それら２点は、半導体レーザ素子の切断面の状態にかかわらず絶対的な基準となる。この結果、第１アライメントマークの端点と、その端点に対して所定の位置関係にある第２アライメントマークの点とに基づいて正確に位置合わせすることが可能となる。
こうして、半導体レーザ素子の切断面の状態にかかわらず位置合わせ精度を向上させ得る半導体レーザ素子及び半島体レーザ素子の位置調整方法が提供される。

また、前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路と重なるように配置されることが好ましい。

このように配置した場合、複数の層が積層される方向から半導体レーザ素子を平面視した場合にその半導体レーザ素子の内部の層に形成される導波路を視認し難いとしても、第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの配置位置によって導波路の方向を把握させることができる。

また、前記第１アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路を基準として一方の領域側に配置され、前記第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路を基準として前記一方の領域側とは逆の領域側に配置されることが好ましい。

このように配置した場合、導波路を基準として一方の領域側に第１アライメントマーク及び第２アライメントマークの双方を配置する場合に比べて、当該第１アライメントマークと第２アライメントマークとをより離して配置することができる。このため、第１アライメントマークと第２アライメントマークとの距離が近い場合に比べると、それらアライメントマークを用いて半導体レーザ素子を実装基板に実装する際のずれが比較的大きくてもアライメントマークと実装基板との角度変化を低減することができる。したがって、位置合わせ精度をより一段と向上させることができる。

また、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合において、前記導波路から前記第１アライメントマークまでの距離と前記導波路から前記第２アライメントマークまでの距離とは同程度とされることが好ましい。

このように配置した場合、半導体レーザ素子を実装する際のはんだ付け等により生じる熱に起因して半導体レーザ素子が熱膨張しても、第１アライメントマークと第２アライメントマークとの相対的な位置ずれが低減される。したがって、導波路に対して第１アライメントマークの距離と第２アライメントマークの距離とが異なる場合に比べて、半導体レーザ素子の熱膨張に起因する位置精度の低下を緩和することができる。

なお、前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路を基準として一方の領域側に配置されるようにしても良い。

なお、前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとは同一面上に配置されることが好ましい。

このように配置した場合、第１アライメントマークと第２アライメントマークとが同一面上に配置されていない場合に比べると、半導体レーザ素子に対して実際に配置されているアライメントマークと、複数の層が積層される方向から半導体レーザ素子を平面視した画像上におけるアライメントマークとの相対的な位置ずれを低減することができる。

以上のように、本発明によれば、位置合わせ精度を向上させ得る半導体レーザ素子及び位置調整方法が提供される。

第１実施形態の光モジュールを示す概略図である。半導体レーザ素子を積層方向から平面視した様子を示す図である。半導体レーザ素子の実装システムを示す概略図である。第１テンプレート画像を示す図である。第２テンプレート画像を示す図である。相対位置情報の説明に供する図である。実装処理手順を示すフローチャートである。第２実施形態の半導体レーザ素子を積層方向から平面視した様子を示す図である。第３実施形態の半導体レーザ素子を積層方向から平面視した様子を示す図である。

以下、本発明に係る半導体レーザ素子及び位置調整方法の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の光モジュール１を示す概略図である。図１に示すように、本実施形態の光モジュール１は、実装基板１０、光導波路デバイス２０及び半導体レーザ素子３０を主な構成要素として備える。

実装基板１０は、第１実装部１１と第２実装部１２とを有する。第１実装部１１の実装面には光導波路デバイス２０が形成されている。第２実装部１２の実装面のうち、半導体レーザ素子３０が実装されるべき実装領域には基板側電極１３と、基板側マーカ１４及び１５が設けられている。

これら基板側マーカ１４及び１５は、第１実装部１１の実装面に実装された光導波路デバイス２０に対し、当該第１実装部１１の第２実装部１２に実装すべき半導体レーザ素子３０の位置を調整するために用いられ、図１に示す例では二等辺三角形状とされる。

光導波路デバイス２０は、実装基板１０における第１実装部１１の実装面に成膜されるベース部２１と、ベース部２１上に形成されるクラッド部２２と、クラッド部２２に囲まれるコア部２３とを有する。コア部２３には、実装基板１０の第２実装部１２に実装された半導体レーザ素子３０から出射される光が入射するようになっている。

半導体レーザ素子３０は、端面発光型レーザなどと呼ばれる素子であり、ｎ側電極３１、ｎ型基板３２、ｎ型クラッド層３３、活性層３４、ｐ型クラッド層３５及びｐ側電極３６を順次積層した構造を有する。ｎ側電極３１は実装基板１０における基板側電極１３にはんだ付けされ、これにより実装基板１０の第２実装部１２に半導体レーザ素子３０が実装される。なお、図１では、便宜上、半導体レーザ素子３０を第２実装部１２に実装される前の様子が示されている。

この半導体レーザ素子３０の切断面は劈開によって切断され、その切断面において活性層３４の長手方向と交わる活性層３４の端面領域は反射ミラーとされる。

このような半導体レーザ素子３０では、ｎ側電極３１及びｐ側電極３６に電圧が印加された場合、ｎ型クラッド層３３から活性層３４に電子が流入するとともに、ｐ型クラッド層３５から活性層３４に正孔が流入する。

活性層３４に流入した電子と正孔とが結合すると発光するが、当該発光した光はｎ型クラッド層３３及びｐ型クラッド層３５により閉じ込められ、また活性層３４内にその長手方向に沿って導波路が形成される。この導波路の光は活性層３４の端面で反射するため、当該活性層３４において増幅されながら往復する。これにより誘導放出が生じてレーザ発振が生じ、当該レーザ光が活性層３４の端面から出射される。

本実施形態における半導体レーザ素子３０には、当該半導体レーザ素子３０における位置を調整するために用いられる第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２が設けられている。

これら第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２は、半導体レーザ素子３０においてｎ側電極３１側の表面に設けられる。具体的には、半導体レーザ素子３０のｎ側電極３１側の表面において、当該ｎ側電極３１が形成されていないｎ型基板３２上に設けられている。

図２は、半導体レーザ素子３０を積層方向から平面視した様子を示す図である。なお、図２では、便宜上、ｎ側電極３１が省略されている。図２に示すように、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２は、半導体レーザ素子３０を各層３１〜３６が積層される方向から平面視した場合に活性層３４に形成される導波路３４Ａと重なるように配置されている。

また、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２は、各層３１〜３６が積層される方向から半導体レーザ素子３０を平面視した場合において導波路３４Ａの長手方向とは直交する方向に一定の幅とされる。

第１アライメントマーク４１は、その一端が半導体レーザ素子３０における光出射側の切断面に接する状態で導波路３４Ａの長手方向に沿って延在している。一方、第２アライメントマーク４２は、半導体レーザ素子３０の切断面と接する第１アライメントマーク４１の一端とは逆の他端を基準として切断面側とは逆側に位置し、導波路３４Ａの長手方向に沿って延在している。

本実施形態の場合、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の形状は薄厚の直方体形状とされ、当該第２アライメントマーク４２の長さは第１アライメントマーク４１の長さよりも大きくされる。また、第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２とは所定距離を隔てて直線上に並べられて配置される。

次に、実装基板１０における第１実装部１１に光導波路デバイス２０を実装した状態にある実装基板１０に対して、半導体レーザ素子３０を実装する実装システム５０について説明する。

図３は、半導体レーザ素子３０を実装する実装システム５０を示す概略図である。図３に示すように、実装システム５０は、ヒーター５１、吸着保持部５２、駆動部５３、撮像部５４、記憶部５５及び制御部５６を主な構成要素として備える。

ヒーター５１は、はんだを溶融する熱源であり、制御部５６から与えられる命令に応じてオン状態又はオフ状態に切り替わる。このヒーター５１の載置面には、光導波路デバイス２０を第１実装部１１に実装した状態にある実装基板１０が載置される。

ヒーター５１の載置面に載置された実装基板１０は、当該ヒーター５１に穿設される貫通孔ＴＨを介して図示しない吸引機構によって吸引され保持される。この実装基板１０の基板側電極１３にははんだバンプが設けられる。なお、はんだバンプは、基板側電極１３に代えて、実装基板１０に実装しようとする半導体レーザ素子３０におけるｎ側電極３１の下側に設けられていても良い。

吸着保持部５２は、半導体レーザ素子３０を吸着して保持する部材であり、鉛直方向及び水平方向へ３次元的に移動自在とされている。なお、吸着保持部５２は、一般的に、コレットあるいはツールなどと呼ばれる。

駆動部５３は、制御部５６から供給される命令に応じて吸着保持部５２を駆動する。すなわち、駆動部５３は、制御部５６から移動命令が与えられた場合には、その移動命令の内容にしたがって吸着保持部５２を鉛直方向又は水平方向に所定の距離だけ移動させる。また、駆動部５３は、制御部５６から吸着命令が与えられた場合には、その吸着停止命令が与えられるまで吸着保持部５２に半導体レーザ素子３０を吸着する。

撮像部５４は、ヒーター５１の鉛直方向の所定部位に設けられるカメラ５４Ａと、当該ヒーター５１の鉛直方向とは異なる部位に設けられるカメラ５４Ｂとを有する。この撮像部５４は、制御部５６から撮像命令が与えられた場合には、カメラ５４Ａ又はカメラ５４Ｂを用いて撮像し、その撮像結果として得られる撮像データを制御部５６に与える。なお、カメラ５４Ｂは、半導体レーザ素子３０のｐ側電極３６側から吸着保持部５２により保持される半導体レーザ素子３０を、ｎ側電極３１側から撮像するようになっている。

記憶部５５は、制御部５６から供給される命令に応じてデータを記憶し、その記憶したデータを制御部５６に与える。この記憶部５５には、図４に示すように、半導体レーザ素子３０における切断面に接する第１アライメントマークの一端部分ＰＴ１を示す第１テンプレート画像ＩＭ１のデータ（以下、第１登録データと呼ぶ）が予め記憶される。

この第１テンプレート画像ＩＭ１では、第１アライメントマーク４１の一端部分ＰＴ１のなかで検出すべき点（以下、第１検出点と呼ぶ）Ｐ１が定められる。図４に示す例では、第１アライメントマーク４１の幅の中心を通る線と半導体レーザ素子３０における切断面に接する第１アライメントマーク４１の端面との交点が第１検出点Ｐ１とされる。

また、記憶部５５には、図５に示すように、第２アライメントマーク４２の一部分ＰＴ２を示す第２テンプレート画像ＩＭ２のデータ（以下、第２登録データと呼ぶ）が予め記憶される。なお、本実施形態における第２テンプレート画像ＩＭ２は、第２アライメントマーク４２における長手方向の途中部分を示している。

この第２テンプレート画像ＩＭ２では、第２アライメントマーク４２の一部分ＰＴ２のなかで検出すべき点（以下、第２検出点と呼ぶ）Ｐ２が定められる。図５に示す例では、第２アライメントマーク４２の一部分ＰＴ２における中心が第２検出点Ｐ２とされる。

さらに、図６に示すように、第１検出点Ｐ１と第２検出点Ｐ２との相対関係を示すデータ（以下、第３登録データと呼ぶ）が予め記憶されている。図６に示す例では、第１検出点Ｐ１と第２検出点Ｐ２とにおける導波路３４Ａの長手方向に沿った方向（Ｘ方向）の距離ＤＴ１と、当該方向とは直交する方向（Ｙ方向）の距離ＤＴ２とを示す第３登録データが記憶される。本実施形態の場合、Ｙ方向の距離ＤＴ２は０である。

なお、実装基板１０における基板側マーカ１４の基準点と第１検出点Ｐ１、及び、当該実装基板１０における基板側マーカ１５の基準点と第２検出点Ｐ２それぞれの相対位置は一致した関係を有している。これら基板側マーカ１４及び１５の基準点は、図１示した例では、２つの等辺が共通する二等辺三角形の頂角とされる。

制御部５６は、ヒーター５１、駆動部５３、撮像部５４及び記憶部５５に対して信号線を介して接続されており、これらヒーター５１、駆動部５３、撮像部５４及び記憶部５５を適宜制御し、半導体レーザ素子３０を実装基板１０に実装する実装処理を実行する。この実装処理は、図７に示すフローチャートにしたがって実行される。

すなわち、制御部５６は、例えば制御部５６に接続される図示しない入力部から実装開始命令を受けると、ステップＳＰ１に進んで、ヒーター５１をオン状態とした後、ステップＳＰ２に進む。

制御部５６は、ステップＳＰ２では、撮像部５４を制御し、半導体レーザ素子３０の撮像画像と、ヒーター５１上に置かれた実装基板１０の撮像画像とを取得する。すなわち、制御部５６は、駆動部５３を制御して半導体レーザ素子３０をｐ側電極３６側から吸着保持部５２に吸着させた後に、当該吸着保持部５２を移動させる。そして制御部５６は、カメラ５４Ｂの鉛直上の位置で吸着保持部５２を停止させ、その吸着保持部５２に保持される半導体レーザ素子３０の撮像画像をカメラ５４Ｂから取得する。また、制御部５６は、ヒーター５１上に置かれた実装基板１０の撮像画像を、所定の時期にカメラ５４Ａから取得し、ステップＳＰ３に進む。

制御部５６は、ステップＳＰ３では、記憶部５５を制御して第１登録データを取得する。そして制御部５６は、第１登録データに示される第１テンプレート画像ＩＭ１を、ステップＳＰ２で取得した半導体レーザ素子３０の撮像画像内で走査し、当該テンプレート画像ＩＭ１との類似度が所定値以上となる領域を探索する。

なお、半導体レーザ素子３０の切断面が本来切断されるべき面に対して傾斜し、当該切断面に一端が接する第１アライメントマークの一端部分ＰＴ１が斜めになる場合、その一端部分が斜めになっていない場合に比べてテンプレート画像ＩＭ１との類似度が低くなる。このような場合であっても、第１アライメントマーク４１と捉えられるようにテンプレート画像ＩＭ１との類似度が設定される。

ここで、テンプレート画像ＩＭ１との類似度が所定値以上となる領域が撮像画像内にある場合、制御部５６は、当該類似度が最も大きい領域を第１アライメントマークの一端部分ＰＴ１が存在している位置として検出し、ステップＳＰ４に進む。このように、テンプレート画像ＩＭ１の面積と同等となる領域を第１アライメントマークの一端部分ＰＴ１と捉えることで、当該一端部分が斜めになっていても、その第１アライメントマーク４１を検出することができる。

制御部５６は、ステップＳＰ４では、記憶部５５を制御し、第２登録データ及び第３登録データを取得する。次いで、制御部５６は、ステップＳＰ３で検出した第１アライメントマークの一端部分ＰＴ１の第１検出点Ｐ１に対し、第３登録データに示されるＸ方向の距離ＤＴ１とＹ方向の距離ＤＴ２との関係にある第２検出点Ｐ２を認識する。そして、制御部５６は、この第２検出点Ｐ２を基準とする周辺領域を探索範囲として、第２登録データに示される第２テンプレート画像ＩＭ２を走査し、当該テンプレート画像ＩＭ２との類似度が所定値以上となる領域を探索する。

なお、半導体レーザ素子３０の切断面が本来切断されるべき面よりも活性層３４における導波路３４Ａの長手方向にずれている場合であっても、第１検出点Ｐ１及び第２検出点Ｐ２が示す座標点の位置関係は変化しない。

ここで、テンプレート画像ＩＭ２との類似度が所定値以上となる領域が撮像画像内にある場合、制御部５６は、当該類似度が最も大きい領域を第２アライメントマーク４２の途中部分が存在している位置として検出し、ステップＳＰ５に進む。このように、第１検出点Ｐ１に対して相対的位置が変化しない第２検出点Ｐ２を基準として第２アライメントマーク４２の一部分ＰＴ２を捉えることで、半導体レーザ素子３０の切断面が活性層３４における導波路３４Ａの長手方向にずれていても、その第２アライメントマーク４２を検出することができる。

一方、ステップＳＰ３又はステップＳＰ４においてテンプレート画像ＩＭ１又はＩＭ２との類似度が所定値以上となる領域が撮像画像内にない場合、何らかの要因により本来あるべき第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２が消失した状態かその状態に近い状態になっていることを意味する。この場合、制御部５６は、準備位置に置かれた半導体レーザ素子３０が不良である可能性が高いと認識し、実装処理を終了する。

制御部５６は、ステップＳＰ５では、半導体レーザ素子３０と実装基板１０との相対位置を合わせる。
すなわち、制御部５６は、吸着保持部５２及び駆動部５３を制御し、ヒーター５１上に置かれる実装基板１０の上方にまで半導体レーザ素子３０を移動させる。
また、制御部５６は、ステップＳＰ２で取得した実装基板１０の撮像画像内における基板側マーカ１４及び基板側マーカ１５の中心位置を認識する。そして、制御部５６は、基板側マーカ１４の中心位置と第１検出点Ｐ１とが一致し、かつ、基板側マーカ１５の中心位置と第２検出点Ｐ２とが一致するように半導体レーザ素子３０の位置を調整する。
次いで、制御部５６は、ヒーター５１上に置かれる実装基板１０の基板側電極１３と、半導体レーザ素子３０のｎ側電極３１とが接する位置にまで半導体レーザ素子３０を移動させ、当該位置で半導体レーザ素子３０を保持し、ステップＳＰ６に進む。

制御部５６は、ステップＳＰ６では、半導体レーザ素子３０のｎ側電極３１と実装基板１０の基板側電極１３とをはんだ付けする。
すなわち、制御部５６は、ステップＳＰ５において所定の位置で半導体レーザ素子３０を保持し始めてから計時する。このとき、実装基板１０の基板側電極１３に設けられるはんだは溶融する。
また、制御部５６は、ステップＳＰ５において所定の位置で半導体レーザ素子３０を保持し始めてから所定の期間が経過するとヒーター５１をオフ状態にする。このとき、溶融状態にあるはんだは冷却され固化していく。なお、ヒーター５１がオフ状態にされた以降に還元性ガスが噴霧されても良い。またこの還元性ガスに窒素等の不活性ガスが含有されていても良い。
次いで、制御部５６は、ヒーター５１をオフ状態にしてから所定の期間が経過すると、実装基板１０に実装された半導体レーザ素子３０を所定位置にまで搬送し、実装処理を終了する。

このようにして制御部５６は、実装処理を実行するようになっている。なお、上述の実装処理手順はあくまで一例であり、上述の実装処理手順とは異なる手順で実行されても良い。例えば、ヒーター５１をオン状態にする時期は、上述の実装処理手順では、ヒーター５１上に置かれる実装基板１０と半導体レーザ素子３０とを位置合わせする前であったが、当該位置合わせ以後であっても良い。また、ヒーター５１上に置かれた実装基板１０の撮像画像時期は、上述の実装処理手順では、当該実装基板１０の上方にまで半導体レーザ素子３０を移動させる前であったが、当該半導体レーザ素子３０を移動させた以後であっても良い。

以上のとおり、本実施形態における半導体レーザ素子３０には、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２が、半導体レーザ素子３０を平面視した場合において活性層３４に形成される導波路３４Ａの長手方向とは直交する方向に一定の幅とされる。

この第１アライメントマーク４１は、その一端が半導体レーザ素子３０の切断面に接する状態で導波路３４Ａの長手方向に沿って延在している。一方、第２アライメントマーク４２は、半導体レーザ素子３０の切断面と接する第１アライメントマークの一端とは逆の他端を基準として前記切断面側とは逆側に位置し、導波路３４Ａの長手方向に沿って延在している。

このような半導体レーザ素子３０を積層方向から平面視した画像上では、半導体レーザ素子３０の端面に接する第１アライメントマーク４１と、その第１アライメントマーク４１の後方の第２アライメントマーク４２とが同一直線上あるいは互いに平行に配置される。また、このように配置される第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２との相対的な座標点の位置関係は変化しない。

すなわち、半導体レーザ素子３０の切断面が活性層３４に形成される導波路３４Ａの長手方向にずれていても、本来切断されるべき面に対して傾斜していても、第１アライメントマーク４１が画像上に認識されさえすれば、その第１アライメントマーク４１の端点に対して、所定の位置関係にある点は必ず存在する。
したがって、第１アライメントマーク４１の端点に対して所定の位置関係にある点に第２アライメントマーク４２が位置していれば、それら２点は、半導体レーザ素子の切断面の状態にかかわらず絶対的な基準となり、当該点に基づいて正確に位置合わせすることが可能となる。こうして、半導体レーザ素子３０の切断面の状態にかかわらず位置合わせ精度を向上させることができる。

なお、本実施形態の場合、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２は、積層方向から半導体レーザ素子３０を平面視した場合に活性層３４と重なるように配置されている。

このため、積層方向から半導体レーザ素子３０を平面視した場合にその半導体レーザ素子３０の内部の導波路３４Ａを視認し難いとしても、第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の配置位置によって導波路３４Ａの方向を把握させることができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図８を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図８は、第２実施形態の半導体レーザ素子を複数の層が積層される方向から平面視した様子を示す図である。図８に示すように、本実施形態の光モジュールは、上記第１実施形態における第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の配置位置とは異なる配置位置とした点において、上記第１実施形態の光モジュール１と相違する。

本実施形態における第１アライメントマーク４１は、半導体レーザ素子３０を各層３１〜３６が積層される方向から平面視した場合に活性層３４に形成される導波路３４Ａを基準として一方の領域側に配置されている。

一方、第２アライメントマーク４２は、半導体レーザ素子３０を各層３１〜３６が積層される方向から平面視した場合に活性層３４に形成される導波路３４Ａを基準として一方の領域側とは逆の領域側に配置されている。

このように配置した場合、導波路３４Ａを基準として一方の領域側に第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の双方を配置する場合に比べて、当該第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２とをより離して配置することができる。

このため、第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２との距離が近い場合に比べると、それらアライメントマーク４１及び４２を用いて半導体レーザ素子３０を実装基板１０に実装する際のずれが比較的大きくてもアライメントマークと４１及び４２実装基板１０との角度変化を低減することができる。したがって、位置合わせ精度を上記第１実施形態に比べてより一段と向上させることができる。

また、本実施形態では、導波路３４Ａから第１アライメントマーク４１までの距離Ｄ１と、当該導波路３４Ａから第２アライメントマーク４２までの距離Ｄ２とは同程度とされている。これら距離Ｄ１及びＤ２は、導波路３４Ａの長手方向に対して垂直な方向であって、第１アライメントマーク４１又は４２までの最短となる距離である。

このため、半導体レーザ素子３０を実装する際のはんだ付け等により生じる熱に起因して半導体レーザ素子３０が熱膨張しても、第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２との相対的な位置ずれが低減される。

したがって、導波路３４Ａに対して第１アライメントマーク４１の距離Ｄ１と第２アライメントマーク４２の距離Ｄ２とが異なる場合に比べて、半導体レーザ素子３０の熱膨張に起因する位置精度の低下を緩和することができる。

なお、本実施形態であっても、上述の実装システム５０を用いた実装処理手順によって実装することができる。また、本実施形態の場合、活性層３４に形成される導波路３４Ａの鉛直方向を避けて第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２が配置されている。このため、半導体レーザ素子３０を吸着保持部５２に保持させた状態で、これらアライメントマーク４１及び４２をカメラ５４Ａで撮像可能である。したがって、本実施形態の場合、カメラ５４Ｂを省略し、ヒーター５１上に置かれる実装基板１０の上方にまで半導体レーザ素子３０を移動させた後に、カメラ５４Ａを用いて、ヒーター５１及び実装基板１０を同時期に撮像するようにしても良い。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９を参照して詳細に説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明は省略する。

図９は、第３実施形態の半導体レーザ素子３０を複数の層が積層される方向から平面視した様子を示す図である。図９に示すように、本実施形態の光モジュールは、上記第１実施形態における第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２の配置位置とは異なる配置位置とした点において、上記第１実施形態の光モジュール１と相違する。

本実施形態における第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２は、半導体レーザ素子３０を各層３１〜３６が積層される方向から平面視した場合に活性層３４に形成される導波路３４Ａを基準として一方の領域側に配置されている。

このように配置した場合であっても上記第１実施形態の場合と同様に、半導体レーザ素子３０の切断面の状態にかかわらず位置合わせ精度を向上させることができる。

以上、本発明について、第１実施形態〜第３実施形態を例に説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することが可能である。

例えば、上記実施形態では、半導体レーザ素子３０の表面上に第１アライメントマーク４１及び第２アライメントマーク４２が配置された。しかしながら、第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２とのいずれか一方又は双方が半導体レーザ素子３０の内部に配置されていても良い。具体的には、例えば、ｎ型基板３２、ｎ型クラッド層３３又は活性層３４上に第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２が成膜される。

ただし、第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２を半導体レーザ素子３０の内部に配置する場合、その内部に配置する第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２は光透過性を有していることが必要である。なお、第１アライメントマーク４１と第２アライメントマーク４２とが同一面上に配置されている場合、当該同一面上に配置されていない場合に比べると、半導体レーザ素子３０に対して実際に配置されているアライメントマークと、当該半導体レーザ素子３０における各層３１〜３６が積層される方向から半導体レーザ素子３０を平面視した画像上におけるアライメントマークとの相対的な位置ずれを低減することができる。

また上記実施形態では、ｎ側電極３１とは別体として第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２が設けられた。しかしながら、ｎ側電極３１の一部を第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２として用いるようにしても良い。また、ｎ側電極３１に代えて、ｐ側電極３６の一部が第１アライメントマーク４１又は第２アライメントマーク４２とされても良い。

さらに上記実施形態では、半導体レーザ素子３０において実装基板１０における第２実装部１２の実装面に対向されるべき側がｎ側電極３１側とされたが、当該ｎ側電極３１に代えてｐ側電極３６とされても良い。

以上説明したように、本発明によれば、半導体レーザ素子を実装基板に実装する際の位置合わせ精度を向上させる半導体レーザ素子及び半導体レーザ素子の位置調整方法が提供され、電気機器等の製造に利用することができる。

１・・・光モジュール
１０・・・実装基板
１１・・・第１実装部
１２・・・第２実装部
１３・・・基板側電極
１４，１５・・・基板側マーカ
２０・・・光導波路デバイス
２１・・・ベース部
２２・・・クラッド部
２３・・・コア部
３０・・・半導体レーザ素子
３１・・・ｎ側電極
３２・・・ｎ型基板
３３・・・ｎ型クラッド層
３４・・・活性層
３５・・・ｐ型クラッド層
３６・・・ｐ側電極
４１・・・第１アライメントマーク
４２・・・第２アライメントマーク
５０・・・実装システム
５１・・・ヒーター
５２・・・吸着保持部
５３・・・駆動部
５４・・・撮像部
５５・・・記憶部
５６・・・制御部

Claims

活性層を含む複数の層が積層された構造を有し、前記複数の層が積層される方向に沿って切断された切断面における前記活性層の領域から光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記半導体レーザ素子の位置を調整するために用いられる第１アライメントマーク及び第２アライメントマークを備え、
前記第１アライメントマーク及び第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合において前記活性層に形成される導波路の長手方向とは直交する方向に一定の幅とされ、
前記第１アライメントマークは、その一端が前記半導体レーザ素子の切断面に接に接する状態で前記導波路の長手方向に沿って延在し、
前記第２アライメントマークは、前記半導体レーザ素子の切断面と接する前記第１アライメントマークの一端とは逆の他端を基準として前記切断面側とは逆側に位置し、前記導波路の長手方向に沿って延在する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路と重なるように配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
前記第１アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路を基準として一方の領域側に配置され、
前記第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路を基準として前記一方の領域側とは逆の領域側に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合において、前記導波路から前記第１アライメントマークまでの距離と前記導波路から前記第２アライメントマークまでの距離とは同程度とされる
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
前記第１アライメントマーク及び前記第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合に前記導波路を基準として一方の領域側に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
前記第１アライメントマークと前記第２アライメントマークとは同一面上に配置される
ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
活性層を含む複数の層が積層された構造を有する半導体レーザ素子を、前記複数の層が積層される方向から平面視した撮像画像を取得する取得ステップと、
前記撮像画像において、第１アライメントマークの一端部分を示す第１テンプレート画像との類似度が所定値以上となる領域、及び、前記第１アライメントマークの一端部分と所定の位置関係にある第２アライメントマークの一部を示す第２テンプレート画像との類似度が所定値以上となる領域を探索する探索ステップと、
各前記領域がある場合には、前記第１アライメントマークの一端部分における所定の点と、前記所定の点と所定の位置関係にある点とを用いて、前記半導体レーザ素子と前記実装基板との位置を合わせる位置合わせステップと
を備え、
前記第１アライメントマーク及び第２アライメントマークは、前記複数の層が積層される方向から前記半導体レーザ素子を平面視した場合において前記活性層に形成される導波路の長手方向とは直交する方向に一定の幅とされ、
前記第１アライメントマークは、前記一端が前記半導体レーザ素子の切断面に接に接する状態で前記導波路の長手方向に沿って延在し、
前記第２アライメントマークは、前記半導体レーザ素子の切断面と接する前記第１アライメントマークの一端とは逆の他端を基準として前記切断面側とは逆側に位置し、前記導波路の長手方向に沿って延在する
ことを特徴とする位置調整方法。