(57)【要約】 【課題】  簡易かつコンパクトな構成で高精度に半導体レーザ素子を位置決めしダイボンドすることができる半導体レーザ素子のダイボンド装置を提供する。【解決手段】  半導体レーザ素子２６から放射される光の軸方向を調整して半導体レーザ素子２６をステムにダイボンドするダイボンド装置２０は、半導体レーザ素子２６の発光点の位置を測定するＣＣＤカメラ２１と、放射光を受光して光出力を測定する第１受光素子２２と、スリット４９を通して放射光を受光し、光の出力が最大となるピーク位置を測定する第２受光素子２３とを含み、第１受光素子２２と第２受光素子２３とは、支持アーム部材４４に装着されることによって、一体的な部材を構成する。【選択図】      図１
2007080964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザ素子から放射される光の軸である光軸の方向を調整して半導体レーザ素子をステムにダイボンドする半導体レーザ素子のダイボンド装置において、
半導体レーザ素子から光が放射される位置である発光点の位置を測定する発光点位置測定手段と、
半導体レーザ素子から放射される光を受光して光出力を測定する第１受光素子と、
半導体レーザ素子から放射される光を、スリットを通して受光し、光の出力が最大となるピーク位置を測定する第２受光素子とを含み、
第１受光素子と第２受光素子とが、一体的な部材を構成することを特徴とする半導体レーザ素子のダイボンド装置。
【請求項２】
一体的に構成される第１受光素子と第２受光素子とを、光軸に対して垂直な方向に移動させる受光素子駆動手段を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子のダイボンド装置。
【請求項３】
第１受光素子は、
半導体レーザ素子から放射される光を受光する受光面が、光軸の垂線に対して傾斜角を有するように配置されることを特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ素子のダイボンド装置。
【請求項４】
第１受光素子および第２受光素子から出力される信号の強度を可変に調整する受光素子信号調整手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子のダイボンド装置。
【請求項５】
半導体レーザ素子に電圧を印加して電流を通電させる素子通電手段と、
素子通電手段によって半導体レーザ素子に印加される電圧と通電される電流とを測定する電圧電流測定手段とを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子のダイボンド装置。
【請求項６】
半導体レーザ素子から放射される光の出力を第１受光素子で測定するとき、半導体レーザ素子に通電される電流が徐々に大きくなるように素子通電手段の動作を制御し、
第１受光素子によって検知される光出力が予め定める値に達するとき、半導体レーザ素子に対する通電を停止するように素子通電手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ素子のダイボンド装置。
【請求項７】
制御手段は、
電圧電流測定手段の測定出力に基づいて、半導体レーザ素子の良否を判定することを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ素子のダイボンド装置。
【請求項８】
半導体レーザ素子から放射される光の軸である光軸の方向を調整して半導体レーザ素子をステムにダイボンドする半導体レーザ素子のダイボンド方法において、
半導体レーザ素子から光が放射される位置である発光点の位置を測定する工程と、
測定された発光点の位置が予め定める原点位置になるように半導体レーザ素子を移動させる工程と、
半導体レーザ素子から放射される光の出力を予め定める出力値になるように調整する工程と、
半導体レーザ素子から放射される光の出力が最大となるピーク位置を測定する工程と、
ピーク位置の原点位置に対するずれ量を求め、ずれ量に基づいて半導体レーザ素子から放射される光の光軸方向を調整する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子のダイボンド方法。
【請求項９】
半導体レーザ素子から放射される光の出力を測定する際に、半導体レーザ素子に印加される電圧と、半導体レーザ素子に通電される電流とを測定する工程と、
測定される電圧と電流とに基づいて半導体レーザ素子の良否を判定する工程とを含むことを特徴とする請求項８記載の半導体レーザ素子のダイボンド方法。
【請求項１０】
半導体レーザ素子から光が放射される位置である発光点の位置を測定する工程では、
半導体レーザ素子に閾値以下の電流を通電して発光させ発光点画像の重心を検出することによって発光点の位置を定めることを特徴とする請求項９記載の半導体レーザ素子のダイボンド方法。
【請求項１１】
発光点画像の重心の検出は、
半導体レーザ素子を撮像するカメラを用いて行われることを特徴とする請求項１０記載の半導体レーザ素子のダイボンド方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子のダイボンド装置およびダイボンド方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば光記録媒体に対して情報を記録／再生する装置などの光源として用いられる半導体レーザ装置は、レーザ光を放射する半導体レーザ素子がステムにダイボンドされて作製される。一般的に半導体レーザ素子から放射される光は、広がり角である放射角を有する。たとえば光情報記録再生装置の光源として半導体レーザ装置を用いる場合、情報の記録再生には出力強度が大きい光を利用することが好ましいので、半導体レーザ素子は、半導体レーザ素子から放射される光の出力強度が最も大きくなるピーク位置である光軸部分が、光学系に入射することができるように位置決めされて、ステムにダイボンドされる。
【０００３】
従来、半導体レーザ素子をステムにボンディングする際の位置決め手段として、半導体レーザ素子の外形を検出し、その外形に基づいて位置決めを行う方法が採られている。図９は、半導体レーザ素子の発光状態を示す図である。半導体レーザ素子１は、通常対向する２面２，３から光を放射し、その２面２，３の光反射率と光透過率とをそれぞれ調整することによって、一方の面２から放射される光出力の方が、他方の面３から放射される光出力よりも大きくなるように構成される。出力が大きい一方の面２から放射される光が情報の記録再生に利用され、出力が小さい他方の面３から放射される光は、半導体レーザ素子１の光出力モニタなどに利用される。半導体レーザ素子１は、一方の面２と他方の面３との両方から光を放射するけれども、ここでは出力が大きく情報の記録再生に利用される光を放射する一方の面２を発光面と呼ぶことにする。
【０００４】
半導体レーザ素子１の外形に基づいて位置決めを行う場合、たとえば上面図上における発光面２の辺の中央部を発光点４とし、発光点４を通り発光面２に対して垂直な方向を仮想光軸５と定めて位置決めを行う。しかしながら、図９に示すように、半導体レーザ素子１では、発光面２から放射される光６の真の光軸７が、発光面２に対して垂直であるとは限らない。すなわち、真の光軸７が外形から得られる仮想光軸５と一致しない。したがって、半導体レーザ素子１の外形に基づいて位置決めを行うと精度低下を誘発するという問題がある。また、半導体レーザ素子１に割れ、欠け、汚れ等が存在する場合、検出される外形がいびつになるので、一層位置決め精度が悪くなるおそれが生じる。
【０００５】
また半導体レーザ素子１の位置決めに用いられる従来方法として、任意の出力でレーザ光を放射させ、ＣＣＤカメラ等の光学的画像装置によって、該光学的画像装置の画像データの輝度値が飽和しない範囲での発光近視野像および遠視野像を撮像し、その重心のずれから発光点位置および放射角を決定し位置決めが行われている（たとえば、特許文献１〜３参照）。
【０００６】
図１０は半導体レーザ素子１の発光出力の相違に伴う発光パターンの相違を示す図である。半導体レーザ素子１では、図１０に示すように発光出力の違いによる放射角遷移（ビームシフト）という現象が発生する。すなわち、発光出力の変化に伴って放射角が変化するので、位置決め精度向上を図るには、半導体レーザ素子１を実使用の出力に近い出力で発光させ、実使用に近い出力時の放射角から得られる光軸が所定の方向になるように調整することが求められる。
【０００７】
しかしながら、情報処理速度向上に伴って、半導体レーザ素子１に要求される実使用の光出力が増大しているので、実使用に近い光出力を、そのままＣＣＤ等の受光素子に入力させると受光素子の出力が飽和してしまう。図１１は、受光素子に入力される半導体レーザ素子１の遠視野像と輝度分布とを示す図である。図１１（ａ）が遠視野像を示し、中央部付近に出力飽和領域８が形成される。図１１（ｂ）中のライン９は遠視野像を横断する輝度分布を示すものであり、出力飽和領域８に対応する部分においてライン９が平坦になり出力が飽和している。
【０００８】
また、位置決めの際、半導体レーザ素子１はステムに装着される前の放熱の悪い状態で発光されるので、発光による発熱昇温を抑制するために、デューティが小さい（発光時間がパルス周期の１／１０００程度）パルス駆動を行う必要がある。半導体レーザ素子１をパルス発光させる場合、不要の光が受光素子に入射するのを防止するために機械的または電子的シャッタを用いて、パルス光を受光素子に取込むことが行われる。
【０００９】
図１２は、パルス発光のタイミングとシャッタ開放のタイミングとを示すタイミングチャートである。図１２中、ライン１０が半導体レーザ素子１から放射されるパルス光を示し、ライン１１がシャッタの開放されるタイミングを示す。ライン１０，１１ともに立上がり部分が発光、開放を示す。図１２に示すように、デューティが小さいパルス駆動に合わせてシャッタの開放時間を短くすると、デューティが合わずに、図１２（ａ）に示すように光が入ったり、図１２（ｂ）に示すように光が入らなかったりして正確な発光測定ができないという問題がある。
【００１０】
半導体レーザ素子１を連続発光させる代わりに、過剰な光が受光素子に入射しないようにＮＤフィルタ（減衰フィルタ）を光路に入れることが考えられる。しかしながら、減衰フィルタを入れると、半導体レーザ素子１の放射光の出力強度分布が変化するので、正しい光軸を測定できなくなるという問題がある。
【００１１】
また、位置決めをする装置をダイボンド装置に組込むためには、位置決めをする装置が小型であることが望ましい。また、従来、半導体レーザ素子のダイボンド装置では、半導体レーザ素子を位置決めし、ステムにボンディングした後、最終的な検査工程まで流さないと半導体レーザ素子の特性良否を判定することができないので、半導体レーザ素子が不良である場合、ボンディングまで実行することによる部材ロスおよび作業工程が無駄になることによる作業効率低下を生じている。
【００１２】
【特許文献１】特開平７−４３１１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８４５１号公報
【特許文献３】特開２００５−５６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、簡易かつコンパクトな構成で高精度に半導体レーザ素子を位置決めしダイボンドすることができる半導体レーザ素子のダイボンド装置およびダイボンド方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、半導体レーザ素子から放射される光の軸である光軸の方向を調整して半導体レーザ素子をステムにダイボンドする半導体レーザ素子のダイボンド装置において、
半導体レーザ素子から光が放射される位置である発光点の位置を測定する発光点位置測定手段と、
半導体レーザ素子から放射される光を受光して光出力を測定する第１受光素子と、
半導体レーザ素子から放射される光を、スリットを通して受光し、光の出力が最大となるピーク位置を測定する第２受光素子とを含み、
第１受光素子と第２受光素子とが、一体的な部材を構成することを特徴とする半導体レーザ素子のダイボンド装置である。
【００１５】
また本発明は、一体的に構成される第１受光素子と第２受光素子とを、光軸に対して垂直な方向に移動させる受光素子駆動手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、第１受光素子は、半導体レーザ素子から放射される光を受光する受光面が、光軸の垂線に対して傾斜角を有するように配置されることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、第１受光素子および第２受光素子から出力される信号の強度を可変に調整する受光素子信号調整手段を含むことを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、半導体レーザ素子に電圧を印加して電流を通電させる素子通電手段と、
素子通電手段によって半導体レーザ素子に印加される電圧と通電される電流とを測定する電圧電流測定手段とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、半導体レーザ素子から放射される光の出力を第１受光素子で測定するとき、半導体レーザ素子に通電される電流が徐々に大きくなるように素子通電手段の動作を制御し、
第１受光素子によって検知される光出力が予め定める値に達するとき、半導体レーザ素子に対する通電を停止するように素子通電手段の動作を制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、制御手段は、電圧電流測定手段の測定出力に基づいて、半導体レーザ素子の良否を判定することを特徴とする。
【００２１】
本発明は、半導体レーザ素子から放射される光の軸である光軸の方向を調整して半導体レーザ素子をステムにダイボンドする半導体レーザ素子のダイボンド方法において、
半導体レーザ素子から光が放射される位置である発光点の位置を測定する工程と、
測定された発光点の位置が予め定める原点位置になるように半導体レーザ素子を移動させる工程と、
半導体レーザ素子から放射される光の出力を予め定める出力値になるように調整する工程と、
半導体レーザ素子から放射される光の出力が最大となるピーク位置を測定する工程と、
ピーク位置の原点位置に対するずれ量を求め、ずれ量に基づいて半導体レーザ素子から放射される光の光軸方向を調整する工程とを含むことを特徴とする半導体レーザ素子のダイボンド方法である。
【００２２】
また本発明は、半導体レーザ素子から放射される光の出力を測定する際に、半導体レーザ素子に印加される電圧と、半導体レーザ素子に通電される電流とを測定する工程と、
測定される電圧と電流とに基づいて半導体レーザ素子の良否を判定する工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、半導体レーザ素子から光が放射される位置である発光点の位置を測定する工程では、
半導体レーザ素子に閾値以下の電流を通電して発光させ発光点画像の重心を検出することによって発光点の位置を定めることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、発光点画像の重心の検出は、
半導体レーザ素子を撮像するカメラを用いて行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、半導体レーザ素子から光が放射される位置である発光点の位置を測定する発光点位置測定手段と、半導体レーザ素子から放射される光の出力を測定する第１受光素子と、半導体レーザ素子からの放射光をスリットを通して受光しピーク位置を測定する第２受光素子とを含み、さらに第１受光素子と第２受光素子とが一体的部材として構成されるので、位置決め機構を簡易かつコンパクト化することができる。
【００２６】
また、測定される発光点位置と、放射光のピーク位置とから、発光点位置に対する光軸のずれを容易に求めることができるので、高い精度で半導体レーザ素子を位置決めし、その後ダイボンドすることのできる半導体レーザ素子のダイボンド装置が実現される。
【００２７】
また本発明によれば、受光素子駆動手段によって一体的に構成される第１受光素子と第２受光素子とを光軸に対して垂直な方向に移動させることができるので、半導体レーザ素子に対する第１受光素子と第２受光素子との相対位置を変化させることが可能であり、第１受光素子による光出力の測定と、第２受光素子によるピーク位置の測定とを容易に実現することができるとともに、その測定の切換えも容易である。
【００２８】
また本発明によれば、第１受光素子は、半導体レーザ素子から放射される光を受光する受光面が光軸の垂線に対して傾斜角を有するように配置されるので、放射光が第１受光素子で反射されて半導体レーザ素子の発光面へ入射することが防止される。このことによって、半導体レーザ素子は外乱光の影響を受けることがなくなるので、光出力を正確に測定することができる。
【００２９】
また本発明によれば、第１受光素子および第２受光素子から出力される信号の強度を可変に調整する受光素子信号調整手段を含むので、第１および第２受光素子から出力される信号強度の大きさに関らず、制御部へ入力される信号の強度を任意の大きさに調整することができる。このことによって、低出力のタイプから高出力のタイプまで広範な半導体レーザ素子の位置決め測定を行うことが可能になる。
【００３０】
また本発明によれば、半導体レーザ素子に電圧を印加して電流を通電させる素子通電手段と、素子通電手段によって半導体レーザ素子に印加される電圧と通電される電流とを測定する電圧電流測定手段とを含むので、電圧および電流の測定結果を半導体レーザ素子の品質判定に利用することができる。
【００３１】
また本発明によれば、制御手段が、半導体レーザ素子から放射される光の出力を第１受光素子で測定するとき、半導体レーザ素子に通電される電流が徐々に大きくなるように素子通電手段の動作を制御し、第１受光素子によって検知される光出力が予め定める値に達するとき、半導体レーザ素子に対する通電を停止するように素子通電手段の動作を制御する。このことによって、半導体レーザ素子に不要に大きな負荷を掛けることがなくなるので、位置決め時における半導体レーザ素子の損傷を防止することができる。
【００３２】
また本発明によれば、制御手段は、電圧電流測定手段の測定出力に基づいて、半導体レーザ素子の良否を判定することができる。したがって、位置決めの段階で半導体レーザ素子の品質判定することができ、半導体レーザ素子が品質不良のときには、ダイボンディングを実行しないようにすることができる。このことによって、部材ロスの発生を防止し、作業効率を向上することができる。
【００３３】
本発明の半導体レーザ素子のダイボンド方法によれば、高精度で半導体レーザ素子を位置決めし、その後ダイボンディングすることが可能になる。
【００３４】
また本発明によれば、半導体レーザ素子の電圧／電流に基づいて半導体レーザ素子の良否を判定する工程を含むので、位置決め以降の工程への不良品流出を防止でき、部材ロスの発生防止と作業効率の向上とが実現される。
【００３５】
また本発明によれば、半導体レーザ素子の発光点の位置を測定する工程では、半導体レーザ素子に閾値以下の電流を通電して発光させ発光点画像の重心を検出することによって発光点の位置が定められる。このことによって、半導体レーザ素子に過負荷を掛けることなく正確に発光点の位置を求めることができる。
【００３６】
また本発明によれば、発光点画像の重心の検出は、半導体レーザ素子を撮像するカメラを用いて行われるので、簡単な構成で正確に発光点位置を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
図１は本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子のダイボンド装置２０の構成を簡略化して示す系統図であり、図２は図１に示す半導体レーザ素子のダイボンド装置２０における制御動作に係る電気的構成を示すブロック図である。
【００３８】
半導体レーザ素子のダイボンド装置２０（以後、ダイボンド装置２０と略称する）は、大略、発光点位置測定手段であるＣＣＤカメラ２１と、第１受光素子２２と、第２受光素子２３と、第１および第２受光素子２２，２３を移動させる受光素子駆動手段２４と、第１および第２受光素子２２，２３で検知される信号の強度を調整する受光素子信号調整手段２５と、半導体レーザ素子２６を載置する位置決めステージ２７と、位置決めステージ２７を駆動させる位置決めステージ駆動部２８と、半導体レーザ素子２６に電圧を印加して電流を通電させる素子通電手段３３と、半導体レーザ素子２６に印加される電圧と通電される電流とを測定する電圧電流測定手段３１と、上記の各部の動作制御を通じてダイボンド装置２０の全体動作を制御する制御手段である制御部３２とを含んで構成される。
【００３９】
このダイボンド装置２０は、半導体レーザ素子２６から放射される光の軸である光軸の方向を調整して半導体レーザ素子２６を不図示のステムにダイボンドすることに用いられる。なお、図１（ａ）ではダイボンド装置２０の構成に係る系統を上面図にて示すが、ＣＣＤカメラ２１および制御系については図示を省略し、図１（ｂ）の側面図において全体構成を示す。
【００４０】
半導体レーザ素子２６が載置される位置決めステージ２７は、本実施形態ではＸＹθテーブルで構成される。ここでＸＹθテーブルとは、水平面に平行なＸ−Ｙ平面内においてＸ−Ｙ軸の２次元方向に移動可能であるとともに、Ｘ−Ｙ座標系において選択される任意の位置を中心にして回転移動することが可能に構成されるテーブルを意味する。位置決めステージ駆動部２８は、精度高く回転量を制御することができるたとえばステッピングモータとステッピングモータに接続される歯車列などから構成され、制御部３２からの動作指令に従って駆動して位置決めステージ２７を移動させ、位置決めステージ２７上に載置される半導体レーザ素子２６を所望に位置へと移動させることができる。
【００４１】
半導体レーザ素子２６に電圧を印加し電流を通電させる素子通電手段３３は、一対の電気的接触端子を備えるプローブ２９と、プローブ電源３０と、不図示のプローブ移動手段とを含む。プローブ２９は、プローブ移動手段に装着され、位置決めステージ２７上に載置される半導体レーザ素子２６に対して近接離反できるように構成され、半導体レーザ素子２６に近づいて半導体レーザ素子２６に形成される通電端子に対して接触し、また半導体レーザ素子２６から離反することによって通電端子から離脱することができる。
【００４２】
プローブ２９には、プローブ電源３０から電力が供給される。したがって、プローブ２９が半導体レーザ素子２６の通電端子に接触することによって、半導体レーザ素子２６に電圧を印加し電流を流すことができる。この半導体レーザ素子２６に対して印加される電圧および電流の大きさは、制御部３２がプローブ電源３０の動作を制御することによって調整され得る。
【００４３】
半導体レーザ素子２６は、プローブ２９を介して供給される電力によって発振し、発光面からレーザ光を放射する。半導体レーザ素子２６から放射される光の放射形状をここでは発光パターンと定義する。発光点位置測定手段であるＣＣＤカメラ２１は、位置決めステージ２７の上方、すなわち位置決めステージ２７に載置される半導体レーザ素子２６の上方に配置され、通電されて光を放射している状態の半導体レーザ素子２６を撮像する。発光点の位置は、撮影された画像から検出される発光点画像の重心に基づいて定められる。
【００４４】
ここで、発光点画像の重心とは、ＣＣＤカメラ２１で撮像した画像信号の出力レベル（強度）×ＣＣＤカメラ２１による取込画像の座標の平均値を言う。
【００４５】
図３は、ＣＣＤカメラ２１による半導体レーザ素子２６の撮像例を示す図である。ＣＣＤカメラ２１により半導体レーザ素子２６を撮像するに際し、すなわち発光パターン４２を検出するに際しては、半導体レーザ素子２６に閾値以下の電流を通電して光を放射させるようにすることが好ましい。ここで閾値とは、ダイボンドされた半導体レーザ素子が実用に供されるとき、レーザ発振を開始する電流値を意味する。閾値以下の電流値で発光させることによって、半導体レーザ素子に対して過負荷の掛かることが防止されるので、損傷を防止できる。
【００４６】
またＣＣＤカメラ２１で撮影される半導体レーザ素子２６の画像は、半導体レーザ素子２６の全形を撮影視野に取込む必要がなく、発光点４１の位置と発光点画像とを視野に取込むことができる程度の高い倍率が選択されることが望ましい。撮影画像の倍率を高くすることによって、発光点４１の位置決め精度を高くすることができる。
【００４７】
発光点４１の位置は、検出された発光点画像の重心を発光点４１と定める。このような、ＣＣＤカメラ２１の画像情報に基づく発光点４１の位置を求める動作は制御部３２によって実現される。
【００４８】
この発光点４１の位置は、前述の位置決めステージ２７が移動する平面であるＸ−Ｙ平面上に予め定められるＸ−Ｙ座標位置として制御部３２で認識される。半導体レーザ素子２６は、この発光点４１と後述する光軸の位置および方向が所定の位置および方向になるように調整されてステムにダイボンドされる。半導体レーザ素子２６は、ステムにダイボンドされた状態で、たとえば光ピックアップ装置の光源などとして使用されるので、半導体レーザ素子２６の発光点４１および光軸を光ピックアップ装置の光学系の光軸と一致させるべく、位置決めが必要とされる。
【００４９】
まず発光点４１に関する所定の位置について説明する。発光点４１に関する所定の位置は、ＣＣＤカメラ２１で撮像する視野に関する視野情報として制御部３２に併設される記憶部であるメモリ３４に予めストアされる。
【００５０】
本実施の形態では、撮像視野を位置決めステージ２７の移動平面の座標であるＸ−Ｙ座標系で規定し、その原点（参照符号４３で表す）を所定の位置として定める。前述の発光点画像重心から求めた発光点４１が原点４３とは異なる座標位置にあるとき、ＣＣＤカメラ２１による撮像情報に基づいて、制御部３２は、位置決め駆動部２８に動作指令を出力し、発光点４１が原点４３に一致するように位置決めステージ２７を移動させる。なお、この発光点４１の原点４３までの移動は、プローブ２９が半導体レーザ素子２６の通電端子から離脱された状態で行われる。
【００５１】
制御部３２は、処理回路であり、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）を備えるマイクロコンピュータなどによって実現される。制御部３２には、記憶部であるメモリ３４が設けられる。メモリ３４としては、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、リードオンリィメモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの公知の記憶装置を用いることができる。制御部３２は、メモリ３４に予めストアされる動作制御プログラムに従って、ダイボンド装置２０全般の動作制御を行う。
【００５２】
次に第１および第２受光素子２２，２３について説明する。第１および第２受光素子２２，２３は、いずれもたとえばフォトダイオード（ＰＤ）などの光電変換素子で構成される。第１受光素子２２と第２受光素子２３とは、平面図形が略裏Ｌ字状の支持アーム部材４４に、いずれもその受光面が半導体レーザ素子２６の発光面２６ａに対向することができるようにして装着される。本実施の形態では、裏Ｌ字を成す支持アーム部材４４の、半導体レーザ素子２６に向って突出する突出部材４４ａの端部付近に第１受光素子２２が装着され、半導体レーザ素子２６の発光面２６ａと平行に延びる平行部材４４ｂの端部付近に第２受光素子２３が装着される。このように、第１および第２受光素子２２，２３は支持アーム部材４４に装着されるので、第１および第２受光素子２２，２３と支持アーム部材４４とが一体的な部材を構成する。
【００５３】
受光素子駆動部２４は、たとえば電動機と電動機の出力軸に装着されるピニオンと、支持アーム部材４４に装着されるラックとを含んで構成される駆動機構であり、支持アーム部材４４を、半導体レーザ素子２６の受光面２６ａに平行な方向である矢符４５方向に進退自在に移動させる。支持アーム部材４４が矢符４５方向に移動されることによって、支持アーム部材４４に装着される第１および第２受光素子２２，２３が矢符４５方向に移動して半導体レーザ素子２６に対する相対位置を変化させることができる。
【００５４】
第１受光素子２２は、半導体レーザ素子２６の発光面２６ａに対向する位置にあるとき、半導体レーザ素子２６から放射される光を受光して、その光出力を測定することに用いられる。したがって、第１受光素子２２をパワー測定用受光素子と呼ぶことがある。
【００５５】
図４は、第１受光素子２２による光出力の測定方法を説明する図である。第１受光素子２２は、支持アーム部材４４に装着されるに際し、半導体レーザ素子２６から放射される光４６を受光する受光面２２ａが、光軸４７の垂線４８に対して傾斜角αを有するように配置される。このことによって、放射光４６が第１受光素子２２の受光面２２ａで反射されて、半導体レーザ素子２６の発光面２６ａへ入射することが防止され、半導体レーザ素子２６は外乱光の影響を受けることがなくなるので、光出力を正確に測定することが可能になる。なお、光出力の測定は、発光点４１を原点４３に一致するように移動させた後、再びプローブ２９を半導体レーザ素子２６の通電端子に接触させて発光させた状態で行われる。
【００５６】
半導体レーザ素子２６から放射される光４６の出力を第１受光素子２２で測定するとき、制御部３２は、プローブ電源３０の動作を制御することによって、半導体ーザ素子２６に通電される電流が徐々に大きくなるようにする。また制御部３２は、半導体レーザ素子２６に対する通電電流を大きくして、第１受光素子２２によって検知される光出力が予め定める値に達するとき、半導体レーザ素子２６に対する通電を停止するようにプローブ電源３０の動作を制御することができる。
【００５７】
ダイボンド装置２０においては、第１受光素子２２によって放射光４６の光出力を測定するのと併行して、プローブ２９間の電圧（印加電圧）と、プローブ２９間に流れる電流、換言すれば半導体レーザ素子２６に印加される電圧値と通電される電流値とを、電圧電流測定手段３１である電圧電流モニタ回路で測定する。電圧電流モニタ回路３１による測定結果は制御部３２に入力され、制御部３２は、電圧電流モニタ回路３１の出力に基づいて、半導体レーザ素子２６の良否を判定する。
【００５８】
また、本発明のダイボンド装置２０においては、半導体レーザ素子２６の品質良否は、電圧電流モニタ回路３１の測定出力とともに、第１受光素子２２で検出される光出力値によっても判定される。
【００５９】
光出力値による半導体レーザ素子２６の良否判定は、次のように行われる。第１受光素子２２で受光検知されて制御部３２へ入力された光出力値が、半導体レーザ素子２６の機種ごとに予め定められてメモリ３４にストアされている規定出力値に達していない場合、制御部３２は、プローブ電源３０を動作制御して、半導体レーザ素子２６に印加する電圧を増加させ、得られる光出力値が規定出力値に達するか否かを比較する動作を繰返す。半導体レーザ素子２６に印加する電圧を、半導体レーザ素子２６の機種ごとに予め定められてメモリ３４にストアされる最大印加電圧まで増加させても、半導体レーザ素子２６の光出力が上記規定値まで上昇しない場合、発光不良すなわち品質不良と判定する。
【００６０】
また、印加電圧が大きく、光出力が小さいときには、半導体レーザ素子２６の発光不良が考えられる。また、印加電圧が小さいにも関らず通電電流が大きく、光出力が０付近であれば、プローブ２９同士がショートしていることが考えられる。さらに、印加電圧に対する通電電流の関係から、半導体レーザ素子２６の重要特性である発振閾値電流値、発振微分効率などのデータを求めることができる。
【００６１】
このように、半導体レーザ素子２６の良否判定および装置の不具合判定を、位置決めと併行して行うことができるので、不良品をダイボンド以降の工程に流すことを防止でき、また異常状態の装置で位置決めしてダイボンドすることを防止できる。このことによって、装置の不具合を早期フィードバックすることによる稼働率の向上を実現し、不良品の後工程への流出防止によって後工程で消費される部材のロスを低減するとともに、作業効率を向上することが可能になる。
【００６２】
半導体レーザ素子の光出力測定に用いられる印加開始電圧、印加電圧の増加ステップ値、光出力の規定値、最大印加電圧等の測定条件は、半導体レーザ素子の機種に依存する。したがって、半導体レーザ素子の機種ごとに光出力の測定に用いる条件をテーブルデータとして予めメモリ３４にストアしておき、ダイボンドする半導体レーザ素子の機種が定まれば、その機種に対応するテーブルデータをメモリ３４から読出して利用できるようにしておくことによって、容易に測定条件を変更することが可能になる。
【００６３】
第２受光素子２３には、その受光面２３ａ上に、矢符４５で示す支持アーム部材４４の移動方向に対して直交する方向に細長く延びるスリット４９の形成されたスリット部材５０が装着される。したがって、第２受光素子２３は、半導体レーザ素子２６から放射されスリット４９を通過することによって、スリット４９で細分された状態の光を受光する。
【００６４】
この第２受光素子２３は、矢符４５方向に移動されながらスリット４９で細分される光を受光することによって、半導体レーザ素子２６から放射される光４６の出力が最大となるピーク位置を測定するとともに、放射光４６の広がり角度である放射角を測定することができるので、この第２受光素子２３を放射角測定用受光素子と呼ぶことがある。
【００６５】
以下、第２受光素子２３によるピーク位置および放射角の測定について説明する。図５および図６は、第２受光素子２３によるピーク位置および放射角の測定方法を説明する図である。図５は、半導体レーザ２６に電圧を印加して電流を流し、光出力が規定出力値になるように調整された放射状態を示す。
【００６６】
図５（ａ）では、一体的に構成される第１および第２受光素子２２，２３と支持アーム部材４４とが、放射光４６の発光パターンの放射角を成す一方の辺を構成する光４６ａがスリット４９を通過して第２受光素子２３に入射することのできる位置にある。この位置を便宜上放射角測定開始位置と呼ぶ。
【００６７】
図５（ｂ）では、一体的に構成される第１および第２受光素子２２，２３と支持アーム部材４４とが、先に示した矢符４５方向のうち第１受光素子２２が半導体レーザ素子２６から離反する方向である矢符５１方向に移動した状態を示す。すなわち、一体的に構成される第１および第２受光素子２２，２３と支持アーム部材４４とが、放射光４６の発光パターンの放射角を成す他方の辺を構成する光４６ｂがスリット４９を通過して第２受光素子２３に入射することのできる位置にある。この位置を便宜上放射角測定終了位置と呼ぶ。
【００６８】
図６では、第２受光素子２３の移動軌跡を説明する。第２受光素子２３は放射角を測定するので、その放射角測定開始位置から放射角測定終了位置までの移動動軌跡は、図６（ａ）に示すように、半導体レーザ素子２６の発光点４１を中心とする円弧５２であることが好ましい。しかしながら、第２受光素子２３を円弧５２状に移動させると、移動させるための装置構成が複雑になるとともに、他のメカユニットとの干渉を避けるためにその移動に要する排他的占有領域５３が大きくなるので、装置を大型化する。一方、図６（ｂ）に示す本発明の実施形態のように、第２受光素子２３を直線的に移動させることによって、排他的占有面積５４を小さくすることができるので、装置の小型化に有利である。
【００６９】
第２受光素子２３を半導体レーザ素子２６の発光面２６ａに平行に直線移動させながら、スリット４９を通して細分化された光を第２受光素子２３で受光する。このとき、第２受光素子２３の位置情報と光出力強度との関係から発光パターンの光出力強度分布を求めることができる。第２受光素子２３の位置情報は、受光素子駆動部２４による支持アーム部材４４の位置または移動距離をたとえば位置センサで検出して制御部３２へ入力することによって得ることができる。
【００７０】
図５（ｃ）のライン５５が光出力強度分布を示す。第２受光素子２３の放射角測定開始位置から放射角測定終了位置までの直線移動距離ｗと、第２受光素子２３の受光面２３ａが半導体レーザ素子２６の発光面２６ａに正対するときの両者の距離Ｌとから、放射角θｒは、式（１）で与えられる。この放射角θｒを求める演算は、制御部３２によって行われる。
θｒ＝ｔａｎ−１（ｗ／Ｌ）                                      …（１）
【００７１】
次に発光軸ずれ量θを求める。図７は、発行軸ずれ量θを求める方法の概要を説明する図である。ここで、発光軸ずれ量θは、次のように定義される。光出力強度分布５５から求められる光出力強度が最も大きいピーク位置５６と、半導体レーザ素子２６の発光点４１を通り発光面２６ａに垂直な仮想発光軸５７との、第２受光素子２３が移動する方向における離隔距離をｄとするとき、前述の距離Ｌ、すなわち発光面２６ａから受光面２３ａまでの仮想発光軸５７上における距離Ｌとによって、式（２）で与えられる角度である。この発光軸ずれ量θを求める演算も制御部３２によって行われる。
θ＝ｔａｎ−１（ｄ／Ｌ）                                        …（２）
【００７２】
制御部３２による式（１）、式（２）の演算が終了、すなわち放射角θｒ、ピーク位置５６および発光軸ずれ量θの測定が終了すると、制御部３２は、半導体レーザ素子２６に対する電圧印加を停止し、プローブ２９を半導体レーザ素子２６の通電端子から離脱させる。
【００７３】
次に制御部３２は、位置決めステージ駆動部２８に対して動作指令を出力し、位置決めステージ２７を移動させて発光軸ずれ量θを補正する。このとき、制御部３２は、予めＸ−Ｙ座標系における回転中心座標を発光点４１に決定しておき、発光点４１の座標位置を中心として回転移動後の座標を計算し、その移動量を加味してＸ−Ｙ−θ補正することによって、発光点４１の位置をＸ−Ｙ座標上でずれさせることなく、発光軸ずれ量θを補正することができる。
【００７４】
なお、第１および第２受光素子２２，２３からの光出力は、半導体レーザ素子２６の機種によって大きく変動する。したがって、第１および第２受光素子２２，２３からの光出力の信号をそのまま制御部３２へ入力させると、半導体レーザ素子２６が高出力機種の場合、制御部３２の動作許容信号強度を超えるおそれがあり、逆に半導体レーザ素子２６が低出力機種の場合、出力が低いためにＳ／Ｎ比が悪化して正常に動作しなくなるおそれがある。
【００７５】
本実施形態のダイボンド装置２０では、このような問題を解決するため、第１および第２受光素子２２，２３と制御部３２との間に受光素子信号調整手段２５を設ける。
【００７６】
受光素子信号調整手段２５は、たとえば受光素子２２，２３が受光して光信号を変換した電気信号を増幅する回路である。受光素子信号調整手段２５は、半導体レーザ素子２６が低出力機種の場合、大きい増幅ゲインで信号強度を強めて制御部３２へ入力し、半導体レーザ素子２６が高出力機種の場合、小さい増幅ゲインまたは逆に信号強度を弱めて制御部３２へ入力する。このことによって、ダイボンド装置２０では、半導体レーザ素子の出力タイプに関らず、第１および第２受光素子２２，２３からの出力信号の強度を、制御部３２の動作にとって常に適正な状態にして入力することが可能になる。
【００７７】
この受光素子信号調整手段２５による増幅ゲインについても、半導体レーザ素子の機種ごとに適正ゲインをテーブルデータとして予めメモリ３４にストアしておき、ダイボンドする半導体レーザ素子の機種に応じて、その機種に対応するテーブルデータをメモリ３４から読出して利用できるようにしておくことによって、容易にゲインを適正に変更することが可能になる。
【００７８】
図８は、本発明の実施の一態様である半導体レーザ素子のダイボンド方法を説明するフローチャートである。以下図８を参照し、半導体レーザ素子のダイボンド方法について説明する。なお、フローチャートの動作は、特に断りのない限り、制御部３２から出力される動作指令に従って、ダイボンド装置２０の各部が実行するものである。
【００７９】
フローチャートのスタートでは、ダイボンド装置２０の操作電源が操作者によってｏｎにされて動作可能であり、半導体レーザ素子を位置決めステージ２７上に載置し、また除去することができる搬送装置も動作可能な状態にある。
【００８０】
ステップｓ１では、搬送装置によって半導体レーザ素子２６が位置決めステージ２７上に載置される。ステップｓ２では、素子通電手段３３のプローブ２９が移動されて半導体レーザ素子２６の通電端子に当接される。次いで、素子通電手段３３のプローブ電源３０からプローブ２９を介して半導体レーザ素子２６に電圧を印加し、電流を流して、半導体レーザ素子２６を発光させる。このとき、プローブ電源３０を動作制御して半導体レーザ素子２６に流れる電流が、閾値電流以下になるように発光させる。
【００８１】
ステップｓ３では、ＣＣＤカメラ２１による撮像データに基づいて発光点画像重心位置から発光点４１の位置を測定する。ステップｓ４では、半導体レーザ素子２６への電力供給を停止して、発光を停止する。ステップｓ５では、測定した発光点４１の位置情報に基づいて、位置決めステージ駆動部２８を動作制御して位置決めステージ２７を移動し、発光点４１が原点位置４３になるように補正する。
【００８２】
ステップｓ６では、プローブ電源３０からプローブ２９を介して半導体レーザ素子２６に再び電力供給し、発光させる。このとき、プローブ電源３０の動作を制御し、半導体レーザ素子２６が規定出力値よりも小さい光出力で放射するような電流値で通電する。ステップｓ７では、受光素子駆動部２４を動作させて第１受光素子２２を半導体レーザ素子２６に対向する位置になるように移動し、第１受光素子２２の受光信号によって半導体レーザ素子２６の光出力を測定する。さらにステップｓ８では、電圧電流モニタ回路３１を通じて、半導体レーザ素子２６に印加される電圧と、流れる電流とを測定する。
【００８３】
ステップｓ９では、測定した光出力を、メモリ３４から読出した規定出力と比較し、規定出力に達したか否かを判定する。ここで、規定出力とは、半導体レーザ素子２６を実用機器に搭載する際、当該機器の用途における実用上必要とされる出力であり、設計上予め定められてメモリ３４にストアされる。光出力が規定出力に達していないとき、ステップｓ１０に進む。ステップｓ１０では、プローブ電源３０を動作制御し、半導体レーザ素子２６に印加する電圧と、通電する電流とを増加させる。このとき、電流を大きな幅で一気に増加させるのではなく、通電電流を徐々に増加させるべく、小さな増加幅になるようにプローブ電源３０を動作制御する。電圧／電流を増加後、ステップｓ７に戻り以降のステップに進む。
【００８４】
ステップｓ１１では、測定した光出力以外に、電圧電流モニタ回路３１を通じて測定した電圧値および電流値を、メモリ３４から読出した品質基準値として予め定める電圧／電流値と比較し、半導体レーザ素子２６が良品であるか否かを判定する。
【００８５】
半導体レーザ素子２６が不良品であるとき、ステップｓ１７へ進み、半導体レーザ素子２６への電力供給を停止して、発光を停止する。ステップｓ１８では、搬送装置を動作させて半導体レーザ素子２６を位置決めステージ２７から除去し、ステップｓ１へ戻る。すなわち、新たな半導体レーザ素子を抽出し、搬送装置で位置決めステージ２７上に載置し、以降のステップを実行する。
【００８６】
一方、半導体レーザ素子２６が良品であるとき、ステップｓ１２へ進む。ステップｓ１２では、半導体レーザ素子２６の光出力が規定出力値で安定するように、プローブ電源３０からの供給電力を調整する。なお、ステップｓ１２では、光出力が規定出力値に達したとき一旦発光を停止し、再度発光を開始して規定出力値になるように調整するようにしてもよい。ステップｓ１３では、受光素子駆動部２４を動作制御して第２受光素子２３を放射角測定開始位置へ移動し、その後一定速度で放射角測定終了位置まで走査し、発光パターンの放射角θｒ、ピーク位置および発光軸ずれ量θを測定する。ステップｓ１４では、半導体レーザ素子２６への電力供給を停止して、発光を停止する。
【００８７】
ステップｓ１５では、位置決めステージ駆動部２８を動作制御して位置決めステージ２７を移動し、発光軸ずれを補正する。その後、ステップｓ１６へ進み、発光点位置、発光軸ずれを補正し、位置決めした半導体レーザ素子２６を、ピックアップコレットでピックアップし、ダイボンディングする。次に、さらに位置決めしてダイボンディングする半導体レーザ素子が無いとき、エンドへ進み、ダイボンド作業が完了する。
【００８８】
新たに位置決めする半導体レーザ素子があるとき、ステップｓ１へ戻り、搬送装置によって新たな半導体レーザ素子が位置決めステージ２７上に載置されて以降のステップが実行される。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の一形態の半導体レーザ素子のダイボンド装置２０の構成を簡略化して示す系統図である。
【図２】図１に示す半導体レーザ素子のダイボンド装置２０における制御動作に係る電気的構成を示すブロック図である。
【図３】ＣＣＤカメラ２１による半導体レーザ素子２６の撮像例を示す図である。
【図４】第１受光素子２２による光出力の測定方法を説明する図である。
【図５】第２受光素子２３によるピーク位置および放射角の測定方法を説明する図である。
【図６】第２受光素子２３によるピーク位置および放射角の測定方法を説明する図である。
【図７】発行軸ずれ量θを求める方法の概要を説明する図である。
【図８】本発明の実施の一態様である半導体レーザ素子のダイボンド方法を説明するフローチャートである。
【図９】半導体レーザ素子の発光状態を示す図である。
【図１０】半導体レーザ素子１の発光出力の相違に伴う発光パターンの相違を示す図である。
【図１１】受光素子に入力される半導体レーザ素子１の遠視野像と輝度分布とを示す図である。
【図１２】パルス発光のタイミングとシャッタ開放のタイミングとを示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９０】
２０  ダイボンド装置
２１  ＣＣＤカメラ
２２  第１受光素子
２３  第２受光素子
２４  受光素子駆動手段
２５  受光素子信号調整手段
２６  半導体レーザ素子
２７  位置決めステージ
２８  位置決めステージ駆動部
２９  プローブ
３０  プローブ電源
３１  電圧電流モニタ回路
３２  制御部
３３  素子通電手段
【図１】
2007080964.tif 000003
【図２】
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【図３】
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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】
2007080964.tif 000010
【図９】
2007080964.tif 000011
【図１０】
2007080964.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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