(57)【要約】【課題】  一つの台座の同一平面上にレーザダイオードチップやレンズや光偏向素子チップなどの光学部品を、光軸を合わせて実装でき、台座製造コストを高くすることなく、高精度実装が実現できる光偏向装置を提供する。【解決手段】  貫通穴２を有する台座１と、前記貫通穴を突き抜けて、台座の上下両面に突出している部位を有する光偏向素子チップ６とを備えた光偏向装置弐より前記課題を解決する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通穴を有する台座と、前記貫通穴を突き抜けて、台座の上下両面に突出している部位を有する光偏向素子チップとを備えたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光偏向装置において、
前記光偏向素子チップは、前記貫通穴の側面、あるいは側面のエッジにより位置決めされていることを特徴とする光偏向装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光偏向装置において、
前記台座に設けた貫通穴の側面または側面のエッジにより位置決めされたレンズと、前記台座に設けた溝により位置決めされたレーザダイオードチップと、を備えたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の光偏向装置において、
前記台座に設けた溝により位置決めされたレンズと、前記台座に設けた溝により位置決めされたレーザダイオードチップと、を備えたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光偏向装置において、
台座はＳｉ基板をＭＥＭＳ技術により加工して製造することを特徴とする光偏向装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光偏向装置において、
前記台座の材料が単結晶Ｓｉ基板であり、前記台座の貫通穴と溝とを前記単結晶Ｓｉ基板の結晶異方性エッチングにより形成することを特徴とする光偏向装置。
【請求項７】
請求項１ないし４のいずれかに記載の光偏向装置において、
台座の材料がセラミック、あるいは樹脂であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項８】
請求項１ないし７に記載の光偏向装置において、
前記光偏向素子チップをＭＥＭＳ技術により製造することを特徴とする光偏向装置。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載の光偏向装置において、
前記光偏向素子チップは光ビームを反射する領域を有することを特徴とする光偏向装置。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の光偏向装置において、
突出した部位を保護する形状を有する第２の台座を備えたことを特徴とする光偏向装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光偏向装置において、
前記第２の台座が光偏向装置のパッケージの一部であることを特徴とする光偏向装置。
【請求項１２】
請求項３または４に記載の光偏向装置において、
前記台座の底面に対して並行する面とレンズの光軸が平行となるように、前記レンズを位置決めすることを特徴とする光偏向装置。
【請求項１３】
半導体製造装置により単結晶Ｓｉ基板に貫通穴と溝とを形成するＡ工程と、前記Ａ工程で形成した貫通穴の側面あるいは側面のエッジにより位置決めされた位置に光偏向素子チップを固定するＢ工程と、前記前記Ａ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレーザダイオードチップを固定するＣ工程と、を備えたことを特徴とする光偏向装置の製造方法。
【請求項１４】
半導体製造装置により単結晶Ｓｉ基板に貫通穴と溝とを形成するＤ工程と、前記Ｄ工程で形成した貫通穴の側面あるいは側面のエッジにより位置決めされた位置に光偏向素子チップを固定するＥ工程と、前記Ｄ工程で形成した貫通穴の側面により位置決めされた位置にレンズを固定するＦ工程と、前記前記Ｄ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレーザダイオードチップを固定するＧ工程と、を備えたことを特徴とする光偏向装置の製造方法。
【請求項１５】
半導体製造装置により単結晶Ｓｉ基板に貫通穴と溝とを形成するＨ工程と、前記Ｈ工程で形成した貫通穴の側面あるいは側面のエッジにより位置決めされた位置に光偏向素子チップを固定するＩ工程と、前記Ｈ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレンズを固定するＪ工程と、前記前記Ｈ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレーザダイオードチップを固定するＫ工程と、を備えたことを特徴とする光偏向装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向装置に関し、特にその光偏向素子チップの実装に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた小型光偏向素子は種々の提案がなされ、試作・実用化が進んでいる。動作原理も静電駆動方式、電磁駆動方式、その他の方式など様々な種類のデバイスが存在する。たとえば、ガルバノメータの原理（可動コイル型電磁駆動）で動作する光偏向素子（ガルバノミラーともいう）は種々提案されており（特許文献１）、これらの光偏向素子チップは、半導体製造技術を流用したＭＥＭＳ製造技術で製造されている。そして、これらの光偏向素子は、たとえば図１７に示すように、光学ベース上で、ある角度、たとえば４５度の角度に配置して使用することがある（特許文献２、３）。
【０００３】
ところが、現状では、光学ベース上の４５度の斜面に、ＭＥＭＳ製造技術を使用して、光偏向素子チップを形成することは不可能である。したがって、たとえば図１８に示すように、超小型偏向素子をパッケージに実装した後、支持台上に４５度の角度で実装したり、半導体レーザを支持台上に４５度の角度で実装したりしているので、小型化や実装精度に限界がある。
【０００４】
実装精度を向上させるために、高精度加工された台座上に光部品を実装する手法が有望であり、特に、ＭＥＭＳ技術により高精度の部品実装台座を作成し、当該台座上に光ファイバーなどの光学部品を設置する手法がある（特許文献４、５）。
【０００５】
この台座はＳｉベンチ（Ｖ溝基板ともいう）といわれ、ＭＥＭＳ技術、たとえば単結晶Ｓｉ基板の結晶異方性エッチング技術を用いることにより、ミクロンレベルで制御された高精度溝を形成した台座を形成でき、光学部品実装法として実用化されている。
【特許文献１】特開２００２−２２８９５１号公報
【特許文献２】特開２００３−０２１８００号公報
【特許文献３】特願２００５−０９７９００号公報
【特許文献４】特開２００３−３０７６５５号公報
【特許文献５】特開２００２−２６１３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、光学系で使用する光ビームの光軸合わせの制約や光学部品の大きさの制約などにより、レーザダイオードチップとレンズや光学ベースに対して角度を付けて光偏向素子チップを精度よく実装するには限界があった。この実装上の問題を図１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５を用いて説明する。
【０００７】
図１９はレーザダイオードチップ１９とレンズ２０を一つのＳｉベンチ上に精度良く実装できない問題を説明する図である。レーザダイオードチップ１９の厚さは一般的にレンズ２０の厚さ、すなわち直径に対して薄く、たとえば、レーザダイオードチップ１９の厚さは０．５ｍｍであり、レンズ２０の直径は３ｍｍである。０．６ｍｍ厚のＳｉベンチ表面にＭＥＭＳ技術を用いて、レーザダイオードチップ実装のための０．０５ｍｍ深さの溝を形成する。またレンズ実装のための０．５ｍｍ深さの溝をＭＥＭＳ技術により形成し、Ｓｉベンチ表面からレンズを０．５ｍｍ低く実装した場合においても、ダイオードレーザチップ１９から照射される光ビームの光軸高さとレンズ２０の光軸の高さとは、ズレを発生する。
【０００８】
光軸の高さを合わせるためには、たとえば図２０に示すように、レーザダイオードマウント２１などを用いて、レーザダイオードチップ１９を厚み方向に０．５５ｍｍ程度かさ上げする必要があり、高精度に形成したＳｉベンチ２２上の溝２３を直接実装に使用することができないため、実装精度の低下を引き起こす。
【０００９】
図２１はレーザダイオードチップ１９と光偏向素子チップ２４を一つのＳｉベンチ２５上に精度良く実装できない問題を説明する図である。たとえば、レーザダイオードチップ１９の厚さは０．５ｍｍであり、光偏向素子チップ２４は一辺３．０ｍｍの正方形で、光偏向素子チップ２４の厚さは０．６ｍｍであるとする。光偏向素子チップ２４は図２２に示すように光反射ミラーが正方形の中央に一辺２．０ｍｍの正方形状領域２６に具備されている。０．６ｍｍ厚のＳｉベンチ２５の表面にＭＥＭＳ技術を用いて、レーザダイオードチップ実装のための０．０５ｍｍ深さの溝を形成する。光偏向素子チップ用のＳｉベンチ上の溝の側面は単結晶Ｓｉ基板の結晶異方性エッチング技術により光学ベース上に５５度の角度を付けて精度良く形成する。光偏向素子チップは当該溝の側面に密着実装させることにより光学ベース上に５５度の角度を付けて高精度に実装できる。光偏向素子チップ実装のための溝の深さを０．５ｍｍになるよう形成し、Ｓｉベンチ表面から光偏向素子チップを０．５ｍｍ低く実装した場合においても、光軸の高さを合わせるために、たとえば図２３に示すようにレーザダイオードマウント２７などを用いて、レーザダイオードチップ１９をかさ上げする必要があり、高精度に形成したＳｉベンチ２５上の溝２８を直接実装に使用することができないため、実装精度の低下を引き起こす。
【００１０】
図２４はレーザダイオードチップとレンズを実装したＳｉベンチａと光偏向素子チップを実装したＳｉベンチｂをそれぞれ実装する手法を説明する図であるが、一つのＳｉベンチの同一平面上に実装されないため、やはり実装精度の低下を引き起こす。
【００１１】
光軸の高さを合わせて、かつ、一つのＳｉベンチの同一平面上にレーザダイオードチップとレンズと光偏向素子チップを実装できるＳｉベンチを形成するために、十分厚いＳｉ基板を用いてＳｉベンチを形成する手法が考えられる。たとえば図２５のように、１．８ｍｍ厚のＳｉベンチ２８を形成することにより実現できると考えられる。ところが、Ｓｉ基板にはたとえば０．６ｍｍ厚のように標準厚さが規格設定されており、１．８ｍｍ厚のＳｉ基板を用いる場合、規格に整合性のある半導体製造装置を適用できないため、製造プロセスを自動化できなくなったり、厚いＳｉ基板用の専用ジグを準備する必要があるなど、製造コストが高くなる問題がある。
【００１２】
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、一つの台座の同一平面上にレーザダイオードチップやレンズや光偏向素子チップなどの光学部品を、光軸を合わせて実装でき、台座製造コストを高くすることなく、高精度実装が実現できる光偏向装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明では、光偏向装置を次の（１）ないし（１２）のとおりに構成し、光偏向装置の製造方法を次の（１３）ないし（１５）のとおりに構成する。
【００１４】
（１）貫通穴を有する台座と、前記貫通穴を突き抜けて、台座の上下両面に突出している部位を有する光偏向素子チップとを備えた光偏向装置。
【００１５】
（２）前記（１）に記載の光偏向装置において、
前記光偏向素子チップは、前記貫通穴の側面、あるいは側面のエッジにより位置決めされている光偏向装置。
【００１６】
（３）前記（１）または（２）に記載の光偏向装置において、
前記台座に設けた貫通穴の側面または側面のエッジにより位置決めされたレンズと、前記台座に設けた溝により位置決めされたレーザダイオードチップと、を備えた光偏向装置。
【００１７】
（４）前記（１）または（２）に記載の光偏向装置において、
前記台座に設けた溝により位置決めされたレンズと、前記台座に設けた溝により位置決めされたレーザダイオードチップと、を備えた光偏向装置。
【００１８】
（５）前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光偏向装置において、
台座はＳｉ基板をＭＥＭＳ技術により加工して製造する光偏向装置。
【００１９】
（６）前記（５）に記載の光偏向装置において、
前記台座の材料が単結晶Ｓｉ基板であり、前記台座の貫通穴と溝とを前記単結晶Ｓｉ基板の結晶異方性エッチングにより形成する光偏向装置。
【００２０】
（７）前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の光偏向装置において、
台座の材料がセラミック、あるいは樹脂である光偏向装置。
【００２１】
（８）前記（１）ないし（７）に記載の光偏向装置において、
前記光偏向素子チップをＭＥＭＳ技術により製造する光偏向装置。
【００２２】
（９）前記（１）ないし（８）に記載の光偏向装置において、
前記光偏向素子チップは光ビームを反射する領域を有する光偏向装置。
【００２３】
（１０）前記（１）ないし（９）のいずれかに記載の光偏向装置において、
突出した部位を保護する形状を有する第２の台座を備えた光偏向装置。
【００２４】
（１１）前記（１０）に記載の光偏向装置において、
前記第２の台座が光偏向装置のパッケージの一部である光偏向装置。
【００２５】
（１２）前記（３）または（４）に記載の光偏向装置において、
前記台座の底面に対して並行する面とレンズの光軸が平行となるように、前記レンズを位置決めする光偏向装置。
【００２６】
（１３）半導体製造装置により単結晶Ｓｉ基板に貫通穴と溝とを形成するＡ工程と、前記Ａ工程で形成した貫通穴の側面あるいは側面のエッジにより位置決めされた位置に光偏向素子チップを固定するＢ工程と、前記前記Ａ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレーザダイオードチップを固定するＣ工程と、を備えた光偏向装置の製造方法。
【００２７】
（１４）半導体製造装置により単結晶Ｓｉ基板に貫通穴と溝とを形成するＤ工程と、前記Ｄ工程で形成した貫通穴の側面あるいは側面のエッジにより位置決めされた位置に光偏向素子チップを固定するＥ工程と、前記Ｄ工程で形成した貫通穴の側面により位置決めされた位置にレンズを固定するＦ工程と、前記前記Ｄ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレーザダイオードチップを固定するＧ工程と、を備えた光偏向装置の製造方法。
【００２８】
（１５）半導体製造装置により単結晶Ｓｉ基板に貫通穴と溝とを形成するＨ工程と、前記Ｈ工程で形成した貫通穴の側面あるいは側面のエッジにより位置決めされた位置に光偏向素子チップを固定するＩ工程と、前記Ｈ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレンズを固定するＪ工程と、前記前記Ｈ工程で形成した溝により位置決めされた位置にレーザダイオードチップを固定するＫ工程と、を備えた光偏向装置の製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、厚い特殊なＳｉベンチ基板を用いることなどなく、一つの台座の同一平面上にレーザダイオードチップやレンズや光偏向素子チップなどの光学部品を、光軸を合わせて実装でき、台座製造コストを高くすることなく、高精度実装が実現できる光偏向装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を光偏向装置の実施例により詳しく説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１は実施例１である“光偏向装置”の構成を示す上面図であり、図２、３はその断面図である。図４は本光偏向装置に用いられるガルバノミラータイプの光偏向素子チップの構成を示す上面図であり、図５はその断面図である。
【００３２】
製造された図４、５に示す光偏向素子チップを図１、２に示すように、ＭＥＭＳ技術により製造される台座（以下、Ｓｉベンチという）１における貫通穴２の側面２−１に固着することにより、前記光偏向素子チップ６をＳｉベンチ１の底面に対し傾斜させて実装する。前記貫通穴側面２−１の傾斜角度は、たとえば（１００）方位単結晶Ｓｉ基板にフォトリソグラフィ技術により所望のマスク材料を形成した後、８０℃の４０％水酸化カリウム溶液による結晶異方性Ｓｉエッチングを施すことにより形成できる。このとき前記傾斜角度は約５５度に精度良く制御され、その結果、前記光偏向素子チップ６はＳｉベンチ底面に対して５５度傾斜して精度良く実装される。なお、本実施例における“貫通穴側面（あ）”部は実際には種々の結晶面方位を有する複雑な形状となるが、本発明骨子とは直接関係が無いため簡易化して示している。
【００３３】
図１、３に示すように、レンズ５は、Ｓｉベンチ１における貫通穴の対向する一対の両側面２−２に固着することにより、前記Ｓｉベンチ底面に対してレンズ５の光軸を平行に精度良く実装できる。またこのとき、（１００）方位単結晶Ｓｉ基板の結晶方位の関係から、前記光偏向素子６を固着した面と、前記Ｓｉベンチ底面に垂直なレンズ光軸を含む面とは互いに垂直の関係をもって精度良く実装できる。
【００３４】
図１、２に示すようにレーザダイオードチップ４は、Ｓｉベンチ１表面上に固着することにより容易に前記Ｓｉベンチ底面に対して前記レーザダイオードチップ４から放射される光ビームの光軸を平行に精度良く実装でき、またＳｉベンチ１に形成した実装位置を示す溝３−１に合わせて整列させることにより高精度の実装が実現できる。
【００３５】
以上、説明したように、本実施例によれば、厚いＳｉベンチ基板を用いることなく、一つのＳｉベンチの同一平面上にレーザダイオードチップやレンズや光偏向素子チップなどの光学部品を、光軸を合わせて実装でき、Ｓｉベンチ製造コストを高くすることなく、容易に高精度実装が実現できる光偏向装置を提供できる。また、レーザ光学系と走査系をコンパクトに一体化できる。
【実施例２】
【００３６】
図６は実施例２である“光偏向装置”の構成を示す断面図である。実施例１により実装した光偏向装置は光偏向素子チップとレンズがＳｉベンチ底面から突出した形状となっており、その後の製造工程において前記突出部が不具合を発生させる場合があるが、図６に示すように底面保護用Ｓｉベンチ６０を付加することにより、前記不具合を解消できる。
【実施例３】
【００３７】
図７は実施例３である“光偏向装置”の構成を示す断面図である。実施例１により実装した光偏向装置は光偏向素子チップとレンズがＳｉベンチ底面から突出した形状となっており、その後の製造工程において前記突出部が不具合を発生させる場合がある。図７に示すようにパッケージに底面保護用突起７０を具備させ、該突起７０上に、実施例１により実装した光偏向装置を支持することにより、前記不具合を解消できる。
【実施例４】
【００３８】
図８は実施例４である“光偏向装置”の構成を示す上面図であり、図９、１０はその断面図である。本実施例に示すように、レンズ８１の直径が小さい場合は必ずしもレンズ実装部に貫通穴を設ける必要は無く、溝８２を設けるだけでよい。また、レーザダイオードチップ８３が厚い場合は、Ｓｉベンチ８０におけるレーザダイオードチップ固着部をくぼませておいても構わない。
【実施例５】
【００３９】
図１１は実施例５である“光偏向装置”の構成を示す上面図であり、図１２、図１３はその断面図である。製造された図４、５に示す光偏向素子チップ６を、図１１、１２に示すようにＳｉベンチ１１０における貫通穴１１１の側面１１２に固着することにより、前記光偏向素子チップ６をＳｉベンチ底面に対し垂直に、かつレンズ５から放射される光ビームの光軸に対して傾斜させて実装する。前記光偏向素子チップ６の傾斜角度は、フォトリソグラフィ技術により所望のマスク材料を形成した後、ＳＦ６やＣＦ４などのＦ系ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術により貫通穴を自由に設計、形成できるため、フォトリソグラフィパターンの設計により自由に決定できる。また、ＲＩＥ加工プロセス制御によりＳｉベンチ底面に対する貫通穴側壁１１２の角度も垂直角度のみならず適宜の角度に設定できることは言うまでも無い。
【実施例６】
【００４０】
図１４は実施例６である“光偏向装置”の構成を示す上面図であり、図１５、図１６はその断面図である。製造された図４、５に示す光偏向素子チップ６を図１５、１６に示すようにＳｉベンチ１４０における貫通穴１４１のエッジ１４１−１、１４１−２に固着することにより、前記光偏向素子チップ６をＳｉベンチ底面に対し４５度に傾斜させて実装できる。前記光偏向素子チップ６の傾斜角度は、フォトリソグラフィ技術により所望のマスク材料を形成した後、異方性エッチング技術やＲＩＥ技術により貫通穴を自由に設計、形成できるため、貫通穴のサイズを設計することにより自由に決定できる。
【００４１】
なお、以上の各実施例は、台座を単結晶Ｓｉ基板から形成する例であるが、要求される寸法精度によっては、台座をセラミックや樹脂から形成することもでき、この際、加工にはサンドブラスト、パンチングなどの適宜の手段を利用する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】実施例１の構成を示す上面図
【図２】実施例１の構成を示すＡ−Ａ断面図
【図３】実施例１の構成を示すＢ−Ｂ断面図
【図４】光偏向素子チップの構成を示す上面図
【図５】光偏向素子チップの構成を示すＣ−Ｃ断面図
【図６】実施例２の構成を示す断面図
【図７】実施例３の構成を示す断面図
【図８】実施例４の構成を示す上面図
【図９】実施例４の構成を示すＤ−Ｄ断面図
【図１０】実施例４の構成を示すＥ−Ｅ断面図
【図１１】実施例５の構成を示す上面図
【図１２】実施例５の構成を示すＦ−Ｆ断面図
【図１３】実施例５の構成を示すＧ−Ｇ断面図
【図１４】実施例６の構成を示す上面図
【図１５】実施例６の構成を示すＨ−Ｈ断面図
【図１６】実施例６の構成を示すＩ−Ｉ断面図
【図１７】光偏向素子チップの使用例を示す図
【図１８】従来の光偏向装置例を示す図
【図１９】光軸がずれる問題を説明する図
【図２０】レーザダイオードマウントを使用して光軸を合わせた従来の実装法を説明する図
【図２１】レーザダイオードチップの光ビームと光偏向素子チップの光ビーム反射領域がずれる従来の問題を説明する図
【図２２】光偏向素子チップを説明する図
【図２３】レーザダイオードマウントを使用して光軸を合わせた従来の実装法を説明する図
【図２４】レーザダイオードチップを実装したＳｉベンチａと、レンズと光偏向素子チップを実装したＳｉベンチｂをそれぞれ実装する手法を説明する図
【図２５】厚いＳｉベンチ基板を用いた光偏向装置を説明する図
【符号の説明】
【００４３】
１      Ｓｉベンチ
２      Ｓｉベンチの貫通穴
２−１  貫通穴の側面
【図３】
2006308761.tif 000003
【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２２】
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【図２４】
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【図２５】
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