(57)【要約】【課題】発光効率のよい半導体レーザ素子を使用するとともに、半導体レーザ素子とパッケージレンズとの光軸ずれなどが生じにくい光半導体装置、およびそのような光半導体装置を備えた電子機器を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子１２からなるレーザ光源と、前記レーザ光源を内包するパッケージレンズ１６とを備えた光半導体装置１において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をその光路上で反射させて、パッケージレンズ１６の光軸に沿うように外部へ放射させる。前記レーザ光源は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸が、パッケージレンズ１６の光軸とは一致しないように配置される。【選択図】  図１
2005026308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子からなるレーザ光源と、前記レーザ光源を内包するパッケージレンズとを備えた光半導体装置において、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光をその光路上で反射させて、前記パッケージレンズの光軸に沿うように外部へ放射させることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記レーザ光源は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸が、前記パッケージレンズの光軸とは一致しないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記レーザ光源は、前記レーザ光源の光共振器の両端面からレーザ光を出力するものであって、
前記両端面から出射されたレーザ光をその光路上でそれぞれ反射させて、前記パッケージレンズの光軸に沿うように外部へ放射させることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記パッケージレンズは、光拡散機能を有する透光性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記パッケージレンズは、散乱剤を含む透光性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記パッケージレンズは、レンズ部分の外側表面を粗面としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光半導体装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空間伝送光通信用に好適な光半導体装置、および光半導体装置を備えた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩｒＤＡ等の空間伝送用光半導体装置では、送信側にＧａＡｌＡｓ赤外発光ダイオード素子が利用されている。
【０００３】
図３は、従来技術の送信側空間伝送光通信用の光半導体装置３０の断面の概略図である。
【０００４】
図３に示すように、光半導体装置３０のパッケージレンズ３６は、上部が半球状で下部が円柱状の形状をしており、透光性樹脂Ｒ１（例えば、透明なエポキシ系樹脂）をモールド成型することによって形成されている。
【０００５】
パッケージレンズ３６内部の底面中心のやや上方には、板状で導電性のリードフレーム３３がパッケージレンズ３６内部底面と平行に配置されている。リードフレーム３３は中央部が浅皿状に曲げられて形成されており、リードフレーム中央部上面３３ａの高さがリードフレーム周辺部上面３３ｂよりもやや低くなっている。リードフレーム中央部上面３３ａとリードフレーム周辺部上面３３ｂとの間は斜面となっており、ここに光を反射する反射板３７が設けられている。
【０００６】
リードフレーム中央部上面３３ａには、チップ状の赤外発光ダイオード素子３２が導電性ペーストによってダイボンドされている。リードフレーム３３より外側で、リードフレーム周辺部上面３３ｂとほぼ同じ高さにはインナーリード３４が配置されており、赤外発光ダイオード素子３２の上面とインナーリード３４上面とは、金線などのボンディングワイヤー３５により電気的に接続されている。
【０００７】
リードフレーム３３とボンディングワイヤー３５を通して赤外発光ダイオード素子３２に電流を流すことにより、赤外発光ダイオード素子３２の両側面からパッケージレンズ３６の光軸方向と略直交方向に光が出射される。出射された光は反射板３７によってパッケージレンズ３６の光軸方向と略同一方向に反射されて、パッケージレンズ３６の外部へ放射される。このように、反射板３７によって赤外発光ダイオード素子３２から放射される光が有効に利用されるので、発光強度が向上する。
【０００８】
光半導体装置３０を使用した光通信の通信距離を伸ばすためには、発光強度のさらなる向上が必要となる。その場合は、赤外発光ダイオード素子３２に流す電流を増加させることになるが、低消費電力化が要求される携帯端末などに使用する光半導体装置としては好ましくない。
【０００９】
そこで、赤外発光ダイオードの代わりに、発光効率のより高い半導体レーザ素子を使用することにより、高速動作と低消費電力化が図れる光半導体装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
このような光半導体装置では、半導体レーザ素子はパッケージレンズの光軸上に配置され、この半導体レーザ素子の一側面から出射される光が直接パッケージレンズを通して外部へ放射されるようになっている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−１５６３７８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、半導体レーザ素子から出射される光は、発光ダイオード素子から出射される光と比較して指向性が強いため、上述の特許文献１などで提案されているような構成の光半導体装置では、光軸ずれ（やぶにらみ）などが生じやすい。そのため、光半導体装置への光軸調整機構の組み込みや、光半導体装置の製造工程における高精度の光軸調整などが必要とされる場合もあった。
【００１３】
従来技術のこのような課題に鑑み、本発明の目的は、発光効率のよい半導体レーザ素子を使用するとともに、光軸ずれなどが生じにくい光半導体装置を提供することである。さらには、そのような光半導体装置を備えた電子機器を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光半導体装置は、半導体レーザ素子からなるレーザ光源と、前記レーザ光源を内包するパッケージレンズとを備えた光半導体装置において、前記レーザ光源から出射されたレーザ光をその光路上で反射させて、前記パッケージレンズの光軸に沿うように外部へ放射させることを特徴とする。
【００１５】
この発明の光半導体装置によれば、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の指向性が弱められる。これにより、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光とパッケージレンズとの光軸ずれなどが生じにくくなり、光半導体装置への光軸調整機構の組み込みや、光半導体装置の製造工程における高精度の光軸調整などの必要性が低くなる。
【００１６】
また、本発明の光半導体装置において、前記レーザ光源は、前記レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸が、前記パッケージレンズの光軸とは一致しないように配置されていることを特徴としてもよい。
【００１７】
ここで、レーザ光源の配置としては、例えば、レーザ光源から出射されるレーザ光の光軸がパッケージレンズの光軸と略直交するとともに、レーザ光源から出射されるレーザ光がパッケージレンズの中心方向を向くような配置が挙げられる。
【００１８】
この発明の光半導体装置によれば、反射板上でのレーザ光の反射位置をパッケージレンズの光軸上にほぼ該当する位置とすることができる。これにより、反射板によって反射されてパッケージレンズの外部へ放射されるレーザ光の分布を、パッケージレンズの光軸上を中心とするものにできる。
【００１９】
また、本発明の光半導体装置において、前記レーザ光源は、前記レーザ光源の光共振器の両端面からレーザ光を出力するものであって、前記両端面から出射されたレーザ光をその光路上でそれぞれ反射させて、前記パッケージレンズの光軸に沿うように外部へ放射させることを特徴としてもよい。
【００２０】
この発明の光半導体装置によれば、レーザ光源の光共振器の両端面から出射されたレーザ光をともにパッケージレンズの外部へ放射させることができる。これにより、レーザ光の出力増大と電気エネルギーの利用効率向上が可能になる。
【００２１】
また、本発明の光半導体装置において、前記パッケージレンズは、光拡散機能を有する透光性樹脂により形成されていることを特徴としてもよい。あるいは、前記パッケージレンズは、散乱剤を含む透光性樹脂により形成されていることを特徴としてもよい。
【００２２】
ここで、散乱剤を含む透光性樹脂とは、例えば、透明なエポキシ系樹脂に、エポキシ系樹脂とは屈折率が異なるシリカ系樹脂を少量混入させたものであるが、これに限るものではない。
【００２３】
この発明の光半導体装置によれば、パッケージレンズ内部をレーザ光が通過する際に、透光性樹脂の光拡散機能あるいは透光性樹脂に含まれている散乱剤によってレーザ光が散乱するため、外部からレーザ光源を観察した場合のレーザ光源の像が拡大する。これにより、レーザ光源が人の網膜に結像したときの光密度が低下するので、アイセイフティにおいても問題のない特性を得ることが可能となる。
【００２４】
また、本発明の光半導体装置において、前記パッケージレンズは、レンズ部分の外側表面を粗面としたことを特徴としてもよい。
【００２５】
ここで、粗面とは、レーザ光を散乱し得る程度の粗さの凹凸面である。
【００２６】
この発明の光半導体装置によれば、半導体レーザ素子のレーザ光がパッケージレンズ表面から放射する際のレーザ光の方向が、パッケージレンズ外側表面から出る位置によって変わるので、レーザ光が散乱する。これにより、パッケージレンズの樹脂に散乱材を含めなくても、光拡散機能を有する透光性樹脂あるいは散乱剤を含む透光性樹脂でパッケージレンズを形成した場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００２７】
あるいは、上記目的を達成するため、本発明の電子機器は、上述のいずれかの光半導体装置を備えていることを特徴とする。
【００２８】
ここで、電子機器としては、例えば、ＩｒＤＡ等の光通信機能を有するノートパソコンや携帯情報端末などが挙げられるが、これに限るものではない。
【００２９】
この発明の光半導体装置を備えた電子機器によれば、発光効率の高い半導体レーザ素子が使用できるとともに、適切な指向特性が確保できる。これにより、通信距離の増大と低消費電力を両立させながら、アイセイフティなどの安全性も兼ね備えることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００３１】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光半導体装置１の断面の概観図である。
【００３２】
図１に示すように、光半導体装置１のパッケージレンズ１６は、上部が半球状で下部が円柱状の形状をしており、散乱材入り透光性樹脂Ｒ２（例えば、透明なエポキシ系樹脂に、エポキシ系樹脂とは屈折率が異なるシリカ系樹脂を少量混入させたもの）をモールド成型することによって形成されている。
【００３３】
パッケージレンズ１６内部の底面中心のやや上方には、板状で導電性のリードフレーム１３がパッケージレンズ１６内部底面と平行に配置されている。なお、リードフレーム１３は、パッケージレンズ１６内部の中央部ではなく、外側寄りに配置されているが、その理由については後述する。
【００３４】
リードフレーム１３は中央部が浅皿状に曲げられて形成されており、リードフレーム中央部上面１３ａの高さがリードフレーム周辺部上面１３ｂよりもやや低くなっている。リードフレーム中央部上面１３ａとリードフレーム周辺部上面１３ｂとの間は斜面となっており、ここに光を反射する反射板１７が設けられている。
【００３５】
リードフレーム中央部上面１３ａには、チップ状の半導体レーザ素子１２が導電性ペーストによってダイボンドされている。半導体レーザ素子１２の上面とインナーリード１４上面とは、金線などのボンディングワイヤー１５により電気的に接続されている。なお、この半導体レーザ素子１２はその光共振器の一端面からレーザ光を出射するタイプのものである。
【００３６】
ここで、半導体レーザ素子１２からのレーザ光の出射方向はパッケージレンズ１６の光軸と略直交するとともに、パッケージレンズ１６の中心に向かう方向である。また、反射板１７は、半導体レーザ素子１２から出射されたレーザ光をパッケージレンズ１６の光軸に沿うような方向に反射する位置と角度に配置されている。
【００３７】
リードフレーム１３とボンディングワイヤー１５を通して半導体レーザ素子１２に電流を流すことにより、半導体レーザ素子１２の一端面からレーザ光が出射される。出射されたレーザ光は、反射板１７によってパッケージレンズ１６の光軸に沿うような方向に反射されて、パッケージレンズ１６の外部へ放射される。その際、レーザ光はパッケージレンズ１６の表面で屈折する。
【００３８】
ここで、リードフレーム１３および半導体レーザ素子１２がパッケージレンズ１６の中央部ではなく外側寄りに配置されているのは、反射板１７上でのレーザ光の反射位置をパッケージレンズ１６の光軸上にほぼ該当する位置とすることができるからである。これにより、反射板１７によって反射されてパッケージレンズ１６の外部へ放射されるレーザ光の分布を、パッケージレンズ１６の光軸上を中心とするものにできる。
【００３９】
半導体レーザ素子１２から出射されたレーザ光は、パッケージレンズ１６内部を通過する際に散乱材入り透光性樹脂Ｒ２に含まれている散乱材によって散乱し、外部からレーザ光源を観察した場合のレーザ光源の像が拡大する。これにより、レーザ光源が人の網膜に結像したときの光密度が低下するので、アイセイフティにおいても問題のない特性を得ることが可能となる。また、パッケージレンズ１６のレンズ部分を光学的に適切な形状にすることにより、ＩｒＤＡで必要な指向特性を得ることができる。
【００４０】
なお、半導体レーザ素子１２から出射されるレーザ光を散乱させるために散乱材入り透光性樹脂を使用する代わりに、透光性樹脂によってパッケージレンズを形成するとともに、そのパッケージレンズのレンズ部分の外側表面を粗面（レーザ光を散乱し得る程度の粗さの凹凸面）とするように加工してもよい。
【００４１】
このような構成によれば、半導体レーザ素子のレーザ光がパッケージレンズ表面から放射する際のレーザ光の方向が、パッケージレンズ表面から出る位置によって変わるため、レーザ光が散乱する。すなわち、パッケージレンズの樹脂に散乱材を含めなくても、散乱材入り透光性樹脂を使用してパッケージレンズを形成した場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４２】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る光半導体装置１の断面の概観図である。なお、第２実施形態は、次に述べる点を除いては、図１を参照して説明した第１実施形態と同一であるので、同じ構成部材には同じ参照符号を付すこととし、ここでは相違点のみについて説明する。
【００４３】
図２に示すように、光半導体装置１のパッケージレンズ２６は上述のパッケージレンズ１６（図１参照）とほぼ同一形状であるが、レンズ部分の形状はやや異なっている。その理由については後述する。
【００４４】
パッケージレンズ２６内部の底面中心のやや上方には、リードフレーム１３がパッケージレンズ２６内部底面と平行に配置されている。リードフレーム周辺部上面１３ｂよりやや低い高さにあるリードフレーム中央部上面１３ａには、チップ状の半導体レーザ素子２２が導電性ペーストによってダイボンドされている。
【００４５】
ここで、この半導体レーザ素子２２は、上述の半導体レーザ素子１２（図１参照）のように光共振器の一端面からレーザ光を出射するタイプのものではなく、光共振器の両端面からレーザ光を出射するタイプのもので、レーザ光の出力を大きくすることができる。
【００４６】
ここで、半導体レーザ素子２２からのレーザ光の出射方向はパッケージレンズ２６の光軸と略直交するとともに、パッケージレンズ２６の外側に向かう方向である。また、反射板１７は、半導体レーザ素子２２から出射されたレーザ光をパッケージレンズ２６の光軸に沿うような方向に反射する位置と角度に配置されている。
【００４７】
リードフレーム１３とボンディングワイヤー１５を通して半導体レーザ素子２２に電流を流すことにより、半導体レーザ素子２２の両側面からレーザ光がそれぞれ出射される。出射されたレーザ光は、反射板１７によってパッケージレンズ２６の光軸に沿うような方向にそれぞれ反射されて、パッケージレンズ２６の外部へ放射される。その際、レーザ光はパッケージレンズ２６の表面で屈折する。
【００４８】
なお、第１実施形態とは構成が異なっているため、パッケージレンズ２６の形状を上述のパッケージレンズ１６（図１参照）と同一とすると、パッケージレンズ２６の外部へ放射されるレーザ光の分布も異なってしまい、ＩｒＤＡに必要な指向特性にならない可能性がある。そこで、パッケージレンズ２６のレンズ部分の形状を光学的に最適化することにより、ＩｒＤＡで必要な指向特性を得るようにする。
【００４９】
このような構成によれば、半導体レーザ素子２２の両側面から出射されるレーザ光をともに有効に利用できるので、半導体レーザ素子２２の発光に要する電気エネルギーの利用効率が向上する。
【００５０】
また、半導体レーザ素子２２の両側面から出射されたレーザ光は、散乱材入り透光性樹脂Ｒ２内の散乱材によって散乱するため、アイセイフティにおいても問題のない特性を得ることが可能となる。
【００５１】
なお、第１実施形態の場合と同様に、半導体レーザ素子のレーザ光を散乱させるために散乱材入り透光性樹脂を使用する代わりに、透光性樹脂によってパッケージレンズを形成するとともに、そのパッケージレンズのレンズ部分の外側表面を粗面（レーザ光を散乱し得る程度の粗さの凹凸面）とするように加工してもよい。
【００５２】
また、以上で説明した光半導体装置１を、ＩｒＤＡ等の光通信機能を有する電子機器（例えば、ノートパソコンや携帯情報端末）などに内蔵して使用してもよい。このようにすれば、発光効率の高い半導体レーザ素子が使用できるとともに、ＩｒＤＡ等の光通信機能に適した指向特性が確保できる。これにより、通信距離の増大と低消費電力を両立させながら、アイセイフティなどの安全性も兼ね備えることが可能となる。
【００５３】
以上、この発明を上述した実施の形態により説明したが、この発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらをこの発明の範囲から排除するものではない。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の光半導体装置では、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の指向性が弱められる。これにより、半導体レーザ素子のレーザ光とパッケージレンズとの光軸ずれなどが生じにくくなり、光半導体装置への光軸調整機構の組み込みや、光半導体装置の製造工程における高精度の光軸調整などの必要性が低くなる。
【００５５】
また、本発明の光半導体装置を備えた電子機器では、発光効率の高い半導体レーザ素子が使用できるとともに、適切な指向特性が確保できる。これにより、通信距離の増大と低消費電力を両立させながら、アイセイフティなどの安全性も兼ね備えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光半導体装置の断面の概観図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係る光半導体装置の断面の概観図である。
【図３】従来技術の送信側空間伝送光通信用の光半導体装置の断面の概略図である。
【符号の説明】
１    光半導体装置
１２  半導体レーザ素子
１３  リードフレーム
１４  インナーリード
１５  ボンディングワイヤー
１６  パッケージレンズ
１７  反射板
２２  半導体レーザ素子
２６  パッケージレンズ
３０  光半導体装置（従来技術）
３２  赤外発光ダイオード素子
３３  リードフレーム
３４  インナーリード
３５  ボンディングワイヤー
３６  パッケージレンズ
Ｒ１  透光性樹脂
Ｒ２  散乱材入り透光性樹脂
【図１】
2005026308.tif 000003
【図２】
2005026308.tif 000004
【図３】
2005026308.tif 000005