JPS6029081B2 - 半導体発光装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、放射光の指向特性が優れ、特に光フアィバ
との光学的結合に有利な半導体発光装置の製造方法に関
するものである。

光通信用の光フアィバのコア径は５０〜１００仏のと細
くまた許容受光角も１０度程度と狭い為、効率も良く、
この光フアイバへ光を導くことは大変難しい。

例えば、光の出射角が比較的狭い端面放射形発光ダイオ
ードでも放射ビームの半値半角は２０〜４０ｏで、光フ
アィバの受光角より広い。また発光ビームが発光ダイオ
ードより強い指向性を持つと思われている半導体レーザ
でも、放射半値半角は２０ｏ内外であり、これも光フア
ィバの受光角に比べれば広い。このような半導体レーザ
の光を代表的なコア径が６０山ｍで許容受光角が１００
の光フアイバへ入射せしめると、約２５％程度の光を光
フアィバ内へ導入することが可能であるに過ぎない。一
般に、光フアイバへ光を導入する場合、入射角を光フア
ィバの許容入射角以下にすることと、光ビームの直径を
、その光フアィバのコア部の直径以下に細くすることと
両方が同時に達成されなければ、良い結合効率は得られ
ない。

従来は、レンズ等の光学系を用いて、上記の広い出射ビ
ームを持つ半導体発光素子の出射角を狭め、極力多くの
光を光フアィバ内に結合する様工夫されて来た。

レンズ系を用いる場合には、半導体発光素子の広い出射
角を狭くする為には、必然的に、発光部の拡大像を作る
ことになり、あまり大きく拡大し過ぎると、先に述べた
様にその像が光フアィバのコア径より大きくなってしま
い、光学的結合効率を上げられないばかりか逆に結合率
を下してしまうこととなる。像の拡大率を、受光角の関
係をうまく処理できたとしても、半導体発光素子の発光
部と光学系の距離がはなれていると、発光部よりの光の
うち、出来る限り中心からはなれた光をも光学系に導入
してやらなければ、光学系を使う意味がうすれる。従っ
て、焦点距離に比べて直径の大きな換言すれば、明るい
光学系を使うこと）なる。広く知られている如く、この
様に大きな明かるし、レンズは、光学的収差が大きく、
これを補正するのは大変難しくて高価になる。更に上記
の様に半導体発光素子、レンズ等の光学素系、及び光フ
アィバとの組合せでは、相互の位置合せが大変難しく、
高い精度を要する。

また、この精度を永く保持するのも容易でなく徴調機構
等を持たない小形のものは未だ実現されていないに等し
い。極く少数の試作結果が発表されてはいるがいずれも
実験室的なものでしかない。この様な考え方を進めると
光学系を半導体発光素子の発光部に直接取付けてしまう
方式と、光フアィバの入射端面に光学系を取付けてしま
う方式とが考えられる。後者は、いわゆる光球フアィバ
方式あるいはテーパーカプラ方式とが呼ばれるもので一
定の成果を上げ得るが、光軸合せの困難はより厳しくな
りやはり実用的とは言い難い。一方前者は発光素子の発
光面へ直接球レンズや、球形の一部を欠いた球面レンズ
を装着する方式として発光ダイオードに適用した例が知
られている。これは、光フアィバとの位置合せ精度が緩
和される方向にあり、実用上からは望ましい方式である
。しかし、いわゆる面発光形発光ダイオード以外では、
発光部の位置を正確に知るのが困難な事と例え知っても
、その位置へレンズ等を正確に固定するのが著しく困難
であった。この発明は、原理的には、これと同じ系統に
属するものであるが、レンズ様物体を別に用意すること
なく、新たに、必要な場所に形成するという全く新しい
発想によって、従来の困難を克服した実用的な半導体発
光装置の製造方法を提供するものである。第１図はこの
発明を半導体レーザに適用し形成された半導体発光装置
の構造である。

図において１０１は半導体レーザチップを示す。こ）で
はＴＪＳ形の半導体レーザチップを用いた。１ ０２は
半導体レーザチップ１０１の光が外部へ出射される部分
である。

通常この大きさは、約０．３一肌×２ム肌程度である。
１０３は半導体レーザチツプ１０１の光が外部へ出射さ
れる部分１０２上に設けられた端面放射器である。

勿論、半導体レーザチップ１０１は、実際には放熱と電
極を兼ねた基板１０４上に半田付けされている。こ）で
は端面放射器１０３は直径が約１０一肌で凸レンズ様の
形状をしており凸レンズ様の凸部は約１５Ａｍ程度とな
っている。材質はポリアクリレートである。同図中１０
‐５は、本構造の動作を説明する為の光線のうち、上記
端面放射器１０３の中心を通るもので、１０６は、中心
通をらない光線を示している。凸レンズ作用に依ってほ
ぼ一点に集東する。即ち、先に述べた端面放射器１０３
の役割をこの凸レンズ様樹脂がはたしていることになる
。本端面放射器１０３によって出射ビームの広り角は、
ほぼ１００となり、一６０仏の直径のコアを持つＮＡ＝
０．１８のステップインデックス形光フアイバに対して
、約７０％の光学的結合効率を得た。第２図は、この発
明の一実施例として、その製法の一例を示す工程図であ
る。

第１の工程は、しーザダィオードチツプ１０１の光が射
出される端面へポリアクリレートからなる紫外線硬化樹
脂１０７を塗布する工程である。第２の工程は、該しー
ザダィオードチップ１０１に順電流を流して発光せしめ
、この光を先端に球状レンズ１０８を装着した光ファイ
バー０９で受光し、その受光量が最大となる位置を受光
素子１１０とメータ１１１で捜す工程。第３の工程は、
この光フアィバ１０９の他の一端よりレンズ１１２を介
し高圧水銀灯１１３よりの光を導入して、光を逆にしー
ザダィオードチップ１０７の発光が放出される部分へ射
照する工程である。これに依って、発光部１０２を中心
とした一部の領域１１４のみ塗布されているポリアクリ
レートを硬化するＭ この硬化する領域１１４は原理的
には非常に狭く通常直径数ミクロン程度以内であるはず
だが、実際には収差等に依って若干広がり、直径１０〜
１５ム肌程度の凸レンズ様な部分が固化され端面放射器
１０３が形成される。第４の工程は、レーザダィオード
端面の非固化ポリアクリレート１１６を洗い流す工程で
、アルコール等を用いて容易に行う事ができる。以上で
この発明の端面放射器は半導体発光素子が製作できる。
以上述べた実施例では、紫外線で固化し硬化する樹脂と
してボリアクリレートを用いたが、アリリー酸やアクリ
ル酸メチルあるいは写真製版に用いるホトレジストであ
ってもよい。

この場合には作業は燈色や黄色等の照明下の暗室で行い
、かつ上記実施例に於ける第４の工程が、現像、定着の
工程となる。勿論この他、第１の工程と第２の工程の中
間に乾燥あるし、はべーキング工程が入る。紫外線を照
射するに用いた光フアィバの先端は、こ）では球状のレ
ンズを装着したものとしたが、これに限定されず、球状
レンズを装着しないでフアィバの先端をいわゆるテーパ
カプラ状にテーパをつけた光フアィバであってもよいし
、半径方向に屈折率が除々に低くなっている所以集東形
光フアィバを用いてもよいし、更には、単一モードフア
イバであってもよい。用いたしーザダイオードチップを
ＴＪＳ形としたが他の形のレーザダィオ−ドチツブであ
っても同論であるし、発光ダイオードであっても良い。
この様な発想は、発光素子に対してばかりでなく、光ガ
イドや、光スイッチ等の光ＩＣ構成要素であっても良い
。以上のようにこの発明によれば、半導体発光素子チッ
プの発光ビームを放射する端面に塗布した紫外線照射に
より固化する化学物質をレンズ状に固化形成しているの
で、レンズ状部を上記端面の所定位置に正確に、かつ容
易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明により形成された半導体発光装置を示
し、ａ図はその斜視図、ｂ図はその側面図、第２図はこ
の発明の一実施例を示す工程図である。 図において、１０１は半導体レーザチップ、１０３は端
面放射器、１０７は紫外線硬化樹脂、１０８は球状レン
ズ、１０９は光フアィバ、１１０は受光素子、１１１は
メータ、１１２はしンズ、１１３は高圧水銀灯である。 なお図中同一符号は同一または相当部分を示すものとす
る。第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体発光素子チツプの発光ビームを放射する少な
   くとも一方の端面に紫外線照射により固化する化学物質
   を塗布する工程と、上記半導体発光チツプを発光動作せ
   しめその発光を光フアイバを介して受光しその受光量が
   最大となる位置を捜す工程と、上記受光量最大位置の上
   記光フアイバを介し上記端面の所定領域に紫外線を照射
   し上記所定領域の化学物質を凸レンズ状に固化させる工
   程と、非固化化学物質を除去する工程とを備えているこ
   とを特徴とする半導体発光装置の製造方法。 ２ 化学物質が光硬化性アクリル樹脂であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体発光装置の製
   造方法。 ３ 非固化光硬化性アクリル樹脂をアルコールで流し除
   去することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半
   導体発光装置の製造方法。 ４ 化学物質がアクリル酸またはアクリル酸メチル或い
   は写真製版に用いるホトレジストであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の半導体発光装置の製造方
   法。