JP4090125B2 - 光半導体装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体装置およびこれを実装した光半導体モジュールに関するもので、特にこれらの構造を薄くし、この薄い側面から光を射出（または入射）させるものであり、これらを用いた機器の小型化・薄型化を実現するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、サブノートパソコン、携帯情報端末、電子スチルカメラ等のマルチメディア機器がめざましい発展を遂げている。
【０００３】
しかも携帯機器は、年間７００万台も販売され、約８割がＩｒＤＡ(Infrared Data Association)規格の赤外線方式を採用している。つまり外部機器と本体との赤外線信号を介した送受信が必要で、そこには、赤外線を発光する発光素子、赤外線を受光する受光素子が必要となってくる。
【０００４】
またＭＤやＣＤ等の光学式記録再生装置で用いられる光学ヘッドは、光学記録媒体をビームで照射して光学記録媒体からの変調されたビームを検出することにより、情報の記録や再生を行う。やはりここでも発光素子、受光素子が必要となってくる。しかしこれら発光素子、受光素子は、小型化が実現されていない。
例えば、図５は、特公平７−２８０８５号公報の技術を説明するもので、半導体レーザ１が半導体基板２に直接接続され、断面形状が台形のプリズム３が半導体基板２に固定されている。なお図番４は、光学記録媒体である。
半導体レーザ１と対向しているプリズム３の傾斜面５は半透過反射面で、半導体基板２と対接しているプリズム面６は、光検出器（受光素子）７以外の部分が、また面６と対向しているプリズム面８は、共に反射面となっている。半導体レーザ１から発光され、傾斜面５からプリズム３に入射したビーム９は、反射面６と８で反射されてから、光検出器７で検出される。
【０００５】
一方、図６は、特開平１０−７０３０４号公報に開示される如き、従来の光半導体装置の例としての赤外線データ通信モジュールで、赤外線ＬＥＤ、ＬＥＤドライバ、ＰＩＮフォトダイオード、アンプ等が内蔵されたモジュールＭである。例えばモジュールＭ内部に形成された基板に前記ＬＥＤが実装され、ここから射出される光は、上面に取り付けられたレンズＬ１を介して外部へ放出され、前記基板に実装されたフォトダイオードは、上面に取り付けられたレンズＬ２を介してモジュールＭ内に入射される。このようなモジュールを任意の回路が形成されたプリント基板に装着して動作をさせていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５や図６のモジュールに於いて、半導体基板上に光学機器が実装され、また半導体基板がモールドされたモジュールの上に更にレンズが実装されたりするため、これらを組み込んだセットには、小型化が実現できない問題があった。
【０００７】
また、図４のモジュールは、レンズが上面に取り付けられているため、プリント基板に対して垂直方向のみにしか光の出し入れができず、上述した携帯機器などに組み込む際に、光の入出方向に対して垂直にプリント基板を接地する必要があり、機器の小型化を困難にしていた。また、薄型に形成された携帯機器の場合、携帯機器の側面から光の出し入れをすることが困難であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、側面から光を射出する第１半導体チップと、所定波長の光に対して透明であるとともに、前記第１半導体チップの上面を上にして封止する樹脂封止体と、前記第１の光の光路に対して所定の角度で形成される膜を前記樹脂封止体面に形成してなる溝とから成り、前記第１半導体チップから射出された光は前記樹脂封止体の上部方向に反射されるとともに、前記樹脂封止体の側面方向に透過されることを特徴とする。
【０００９】
また、前記膜の透過光を受光し、第１半導体チップの光の強度をモニターする第２半導体チップを備えることを特徴とする。さらに、受光面を有し、前記樹脂封止体の上部方向から前記膜を透過して進んできた光を受光する第３半導体チップを備えることを特徴とする。
【００１０】
特に、第２半導体チップのモニターの結果により、第１半導体チップの発光パワーを一定レベルになるように制御させることを特徴とする。さらにまた、前記樹脂封止体の上部方向から前記膜を透過して進んできた光は、前記膜で反射された光がさらに外部で反射された光であることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、側面から光を射出する第１半導体チップと、上面を受光面とするモニター用の第２半導体チップと、所定波長の光に対して透明であるとともに、前記第１及び第２半導体チップの上面を上にして封止する樹脂封止体と、前記第１半導体チップから射出された光を前記樹脂封止体の下部方向に反射させるとともに、前記樹脂封止体の側面方向に透過させる第１の膜、及び前記第１の膜の透過光を前記樹脂封止体の上部方向に反射させる第２の膜を前記樹脂封止体面に形成してなる溝と、から成り、前記第１の膜で反射された光は前記第２半導体チップに受光されることを特徴とする。
【００１２】
特に、第２半導体チップのモニターの結果により、第１半導体チップの発光パワーを一定レベルになるように制御させることを特徴とする。また、前記溝を第１及び第２の膜を斜面とするＶ字に形成することを特徴とする。さらに、受光面を有し、前記樹脂封止体の上部方向から前記第２の膜を透過して進んできた光を受光する第３半導体チップを備えることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に図１を参照しながら説明する。図は理解の為に、２つの図を一体にしたもので、上が光半導体装置の平面図、真中が前記平面図のＡ−Ａ´線における断面図である。
【００１４】
まず、リードフレームがある。このリードフレームは、アイランド１１とリード１２とにより構成され、ここではＣｕより成り、この上に発光部または受光部となる半導体チップ１３〜１５が半田等の固着手段を介して固定されている。
【００１５】
また、半導体チップ１３〜１５にボンディングパッド（図示せず）が形成され、これに対応してチップの周囲から外部へ複数のリード１２が延在され、半導体チップ１３〜１５とリード１２との間を金属細線（図示せず）で接続されている。
【００１６】
上記のリードの先端及び半導体チップを所定の波長に対して透明な樹脂封止体１６で封止されている。この封止体１６には、光が反射される面１７を有する溝１８が設けられている。
【００１７】
半導体チップ１３は、側面から光線例えばレーザー光線等を発生するレーザー用半導体チップであり、半導体チップ１４は上面を受光面とする受光用の半導体チップであり、半導体チップ１５は上面を受光面とするモニター用の半導体チップである。アイランド１１′及び１１″がアイランド１１よりも上の位置に形成されている。望ましくは、アイランド１１′の高さは、アイランド１１′に固着される半導体チップ１３から発生するレーザー光が面１７に照射されるように形成すると良い。また、アイランド１１″の高さは、半導体チップ１５が半導体チップからのレーザー光が照射されるように形成すると良く、そして、半導体チップ１５は、受光面となる上面が面１７に向くように、アイランド１１″に半田等で固着される。
【００１８】
半導体チップ１３の側面から発光されたレーザー光は、実線の矢印の如く、樹脂封止体１６中を左方向に進行する。レーザー光は溝１８中を通り面１７に当たる。面１７においては、界面の両側の空気と樹脂の屈折率の違いにより反射面となるが、屈折率の相違による反射を形成しているので反射効率は十分に良いとは言えず、面１８で透過する光も存在する。
【００１９】
面１７に照射されたレーザー光の一部は反射され、進行方向が樹脂封止体１６の上部方向へ変更され、面１７の反射光は外部へ射出される。また、レーザー光の他の一部は面１７を透過し、樹脂封止体１６中を左方向に進行する。面１７の透過光は、樹脂封止体１６中においてモニター用の半導体チップ１５に受光され、レーザー光の強度がモニターされる。モニターの結果は半導体チップ１３から射出されるレーザー光の強度を一定レベルに制御するために帰還される。よって、このような帰還は樹脂封止体１６の中のみで行うことができる。
【００２０】
ところで、本発明の光半導体装置を例えばＣＤ機器に組み込んだ場合、樹脂封止体１６の上面から射出されたレーザー光は、例えば光学式ディスク等の外部反射物に反射されて、外部から樹脂封止体１６の上部に戻る。外部反射物に反射されたレーザー光は点線の如く面１７を透過し、受光用半導体チップ１４の受光面１４′に受光される。受光されたレーザー光は電気信号に変換され、樹脂封止体１６の外部の装置に伝送される。
【００２１】
よって、１つの半導体装置で、何らプリズムやレンズを必要とせずにレーザー光を樹脂封止体１６の上面から射出することができ、さらにレーザー光の強度を制御することもでき、さらに受光することもできる。
【００２２】
図２は他の実施の形態を示す図であり、樹脂封止体１６の上面に面１９及び２０を有する溝２１を形成し、面１９の下側の位置にモニター用の半導体チップ１５を配置し、面２０の下側の位置に受光用の半導体チップ１４を配置させる。面１９及び２０は、半導体チップ１４及び１５の垂線に対して所定の角度となるように形成される。また、アイランド１１′がアイランド１１よりも上の位置に形成されている。望ましくは、アイランド１１′の高さは、アイランド１１′に固着される半導体チップ１３から発生するレーザー光が面１９に照射されるように形成すると良い。半導体チップ１４及び１５はアイランド１１上に固着される。半導体チップ１３の側面から発光されたレーザー光は、実線の矢印の如く、樹脂封止体１６中を左方向に進行し、レーザー光は面１９に当たる。面１９においては、界面の両側の空気と樹脂の屈折率の違いにより反射面となるが、屈折率の相違による反射を形成しているので反射効率は悪く、面１９で透過する光も存在する。
【００２３】
面１７に照射されたレーザー光の一部は反射され、進行方向が樹脂封止体１６の下部方向へ変更される、面１９の反射光は樹脂封止体１６中を下部方向へ進行し、樹脂封止体１６中においてモニター用の半導体チップ１５に受光され、レーザー光の強度がモニターされる。モニターの結果は半導体チップ１３から射出されるレーザー光の強度を一定レベルに制御するために帰還される。よって、このような帰還は樹脂封止体１６の中のみで行うことができる。
【００２４】
また、レーザー光の他の一部は面１９を透過し、溝２１中を左方向に進行し、面２０の当たる。面２０においても、界面の両側の空気と樹脂の屈折率の違いにより反射面となるので、面１９の透過光は面２０で反射され、レーザー光の進路が樹脂封止体１６の上部方向に変更され、面２０の反射光は外部へ射出される。
【００２５】
ところで、本発明の光半導体装置を例えばＣＤ機器に組み込んだ場合、樹脂封止体１６の上面から射出されたレーザー光は、例えば光学式ディスク等の外部反射物に反射されて、外部から樹脂封止体１６の上部に戻る。外部反射物に反射されたレーザー光は点線の如く面２０を透過し、受光用半導体チップ１４の受光面１４′に受光される。受光されたレーザー光は電気信号に変換され、樹脂封止体１６の外部の装置に伝送される。
【００２６】
よって、図２においても、１つの半導体装置で、何らプリズムやレンズを必要とせずにレーザー光を樹脂封止体１６の上面から射出することができ、さらにレーザー光の強度を制御することもでき、さらに受光することもできる。
【００２７】
従来では、レーザー光の強度をモニターする場合には、実際に使用するレーザー光を射出する側面と反対側の側面から射出されるレーザー光をモニターしていたが、実際に使用しているレーザー光ではないため高精度にレーザー光の強度を制御できなかった。しかし、図１及び２の回路に依れば、実際に使用するレーザー光をモニターできるので、高精度にレーザー光の強度を制御することができる。
【００２８】
図３は、半導体チップ１３から発光された光の強度を制御する為の回路構成を示す図である。入力信号ＩＮが発光駆動回路２２に印加され、入力信号に対応した駆動信号ＤＲが発生し、駆動信号ＤＲに基づいてレーザー発光素子２３が駆動される。発光されたレーザー光は、外部へ射出されるとともに、ホトダイオード２４に受光される。ホトダイオード２４の出力電流は電流電圧変換回路２５で電圧変換される。電圧変換された電圧に応じて、パワー制御回路２６は駆動回路２２を制御することで、駆動信号レベルを調整し、レーザー発光素子２３からのレーザー光の強度を一定とする。
【００２９】
パワー制御回路２６は具体的には比較回路で構成され、基準電圧と電流電圧変換回路２５の出力電圧とを比較し、比較結果に応じて駆動回路２２が制御される。また、駆動回路２２においては、動作電流を調整することにより、駆動信号ＤＲのレベルが変更することができ、これによってレーザー発光素子２３の発光強度が変更される。
【００３０】
図４は図１及び図２の光半導体装置を光記録媒体再生装置の光ピックアップに組み込んだ応用例である。図１及び図２に係わる光半導体装置の溝からレーザー光が射出される。射出された光はレンズ５１を光学式ディスク５２上に照射される。レンズ５１により射出された光は光学式ディスク上で集光する。光学式ディスク上では、照射された光は「１」または「０」に対応するディスクの形状に合わせて、反射または非反射される。光学式ディスク５２はＣＤ、ＭＤ、ＬＤやＤＶＤ等のディスクであり、例えばＣＤでは光の反射はＣＤ上の形成されたピットの有無により発生する。
【００３１】
反射された光は、レンズ５１で集光された後、光半導体装置５０の溝に戻る。反射光は光半導体装置５０の受光部で検出され、反射光の有無により受光部で２値信号が検出される。
【００３２】
従来の光ピックアップでは、光を発光する半導体装置と、発光した光の光路を変えるプリズムと、光を受信する為の半導体装置が必要になる。それに対して、本発明の光半導体装置５０には、発光部及び受光部となる半導体チップを１つの封止体中に封止され、封止体上に反射及び透過面を持つ溝が形成されている。その為、プリズムが必要なくなり、半導体装置を削減でき、その結果光ピックアップを小型化することが可能になる。さらには、レーザー光のパワー制御も行うことができるので、パワー制御に係わる他の半導体装置が不必要となる利点もある。
【００３３】
【発明の効果】
本発明に依れば、樹脂封止体に反射面を形成したことにより樹脂封止体の側面から光を射出することができるので、小型化及び薄形化された光半導体装置を提供することができ、さらにはそれを使用したセット機器の小型化や薄形化を図ることができる。加えて、溝を形成することにより、レーザー光を樹脂封止体の上面から射出することが可能となり、さらにはレーザー光をモニターすることによって発光強度を制御することが可能になり、そして外部からの光を受光することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す平面図及び断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す平面図及び断面図である。
【図３】図１及び２における発光強度を制御する回路を示すブロック図である。
【図４】本発明に係わる光半導体装置の応用例を示す図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
【図６】従来例を示す斜視図である。

Claims (8)

1. 側面から光を射出する第１半導体チップと、
   前記第１半導体チップの光の強度をモニターする第２半導体チップと、
   所定波長の光に対して透明であるとともに、上面を上にして設けられた前記第１半導体チップと、前記第１半導体チップの射出した光をモニタできる位置に設けられた前記第２半導体チップとを封止する樹脂封止体と、
   前記第１半導体チップが射出した光の光路に対して所定の角度で形成される面を前記樹脂封止体に形成してなる溝とを有し、
   前記第１半導体チップから射出された光は、前記溝に設けられた面を介して、前記樹脂封止体の上部方向に反射されるとともに、前記樹脂封止体の側面方向に透過され、
   前記側面方向に透過される透過光を前記第２半導体チップが受光し、前記第２半導体チップは、第１半導体チップの光の強度をモニターすることを特徴とする光半導体装置。
2. 受光面を有し、前記樹脂封止体の上部方向から透過して進んできた光を受光する第３半導体チップを備えることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
3. 第２半導体チップのモニターの結果により、第１半導体チップの発光パワーを一定レベルになるように制御させることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
4. 前記樹脂封止体の上部方向から透過して進んできた光は、前記溝の面で反射された光がさらに外部で反射された光であることを特徴とする請求項２記載の光半導体装置。
5. 側面から光を射出する第１半導体チップと、
   上面を受光面とするモニター用の第２半導体チップと、
   所定波長の光に対して透明であるとともに、前記第１半導体チップと、上面を上にして設けられた前記第２半導体チップとを封止する樹脂封止体と、
   前記第１半導体チップから射出された光を前記樹脂封止体の下部方向に反射させるとともに、前記樹脂封止体の側面方向に透過させ、前記透過した光を前記樹脂封止体の上部方向に反射させる面を前記樹脂封止体面に形成してなる溝と、
   から成り、前記面で反射された光は前記第２半導体チップに受光されることを特徴とすることを特徴とする光半導体装置。
6. 第２半導体チップのモニターの結果により、第１半導体チップの発光パワーを一定レベルになるように制御させることを特徴とする請求項５記載の光半導体装置。
7. 前記溝を第１及び第２の膜を斜面とするＶ字に形成することを特徴とする請求項５記載の光半導体装置。
8. 受光面を有し、前記樹脂封止体の上部方向から前記第２の膜を透過して進んできた光を受光する第３半導体チップを備えることを特徴とする請求項５または６記載の光半導体装置。

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