(57)【要約】【課題】受光素子への入射光量の調整が容易な半導体装置を提供することを課題とする。【解決手段】発光素子と受光素子を備える半導体装置本体と、前記受光素子に入射する光量を調整しうる位置に光量調整部材を備えることを特徴とする半導体装置により上記課題を解決する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と受光素子を備える半導体装置本体と、前記受光素子に入射する光量を調整しうる位置に光量調整部材を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記光量調整部材が、遮光又は表面反射により受光素子に入射する光量を調整しうる材料からなる部材である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記光量調整部材の位置が、前記発光素子から前記受光素子へ入射する光束を選択的に遮光しうる位置である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記光量調整部材の位置が、前記半導体装置外から前記受光素子へ入射する迷光を遮光しうる位置である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記受光素子に入射する光量の調整が、前記光量調整部材の表面反射率の増減、前記光量調整部材の断面形状の調整又は前記光量調整部材の本数の増減により行われる請求項１に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記発光素子が前記受光素子の受光面より上に位置し、前記光量調整部材の位置が、前記発光素子からの光を反射により前記受光面に入射させうる前記受光素子上の位置である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記光量調整部材の断面が、その長軸方向が反射面と略平行になる形状を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記光量調整部材が、前記発光素子又は前記受光素子と電気的に接続されている金属ワイヤである請求項１に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体装置が前記発光素子と前記受光素子以外の他の素子を更に含み、前記光量調整部材が前記他の素子と電気的に接続されている金属ワイヤである請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体装置が前記発光素子から出射した光が入射するレンズをさらに備え、前記光量調整部材の位置が前記レンズに入射する光の一部を反射させて前記受光素子に入射させうる位置であり、前記半導体装置がフロントモニタ構造を有する請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記半導体装置が前記発光素子から出射した光が入射するレンズをさらに備え、前記発光素子が、レンズに入射する光を出射する前面出射面と、該前面出射面と異なる面に後面出射面を備え、前記光量調整部材が、前記後面出射面側に出射された光を一部反射させることで外部共振器としても使用される請求項１に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。更に詳しくは、本発明は、発光素子と受光素子とを備えた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザのような発光素子は、通常、光を前面側と後面側から出射する。この内、後面側から出射される光は、発光素子の光出力を制御するためのモニタ光として使用される。例えば、モニタ光を受光素子に入射させて電気信号に変換し、電気信号に基づいて発光素子の前面側から出射される光の光出力を所定の値に制御できる（例えば、特開昭６１−１５６７８４号公報：特許文献１、特開平１−１１７０７９号公報：特許文献２）。
【０００３】
図１に従来の発光素子と受光素子を含む半導体装置の模式図を示す。発光素子ａの後面側より放出された光束（モニタ光）ｂは、空間あるいは光透過性の媒体を介して受光素子ｃに入射する。入射した光束ｂは、光電変換されて電気出力を得ることができる。
【特許文献１】特開昭６１−１５６７８４号公報
【特許文献２】特開平１−１１７０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
受光素子ｃの電気出力は、半導体装置の設計時の発光素子ａの光出力、発光素子ａとの空間距離、空間に充填される光透過性の媒体の透過率、受光素子cの受光感度、発光素子ａと受光素子ｃ相互のカップリング効率等で決まっており、半導体装置形成後の調整は困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かくして本発明によれば、発光素子と受光素子を備える半導体装置本体と、前記受光素子に入射する光量を調整しうる位置に光量調整部材を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、発光素子及び受光素子の形成後においても容易に受光素子への入射光量を調整できる。更に、特殊な部材を必要とせず、アセンブリ作業時に既に使用している部材と装置を用いるだけで入射光量の調整を実現できる。加えて、半導体装置のコストの上昇も抑制できる。
【０００７】
また、光量調整部材が金属ワイヤである場合、次のような効果がある。一般に半導体素子の接続用に用いられている金属ワイヤは、電気を導通させる性質の他に、光を反射又は遮光する性質を持ち合わせている。本発明によれば、金属ワイヤを発光素子の光路上に配置することによって、金属ワイヤの光を反射する性質を利用して、従来利用されていない光束を反射して受光素子に入射させることができ、受光素子の出力を上げることができる。また、金属ワイヤの光を遮光する性質を利用して、従来受光素子に入射していた光束の一部を遮光して受光素子の出力を下げることもでき、更に、受光素子に入射させたくない外乱光を遮光してＳ／Ｎを改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の半導体装置は、半導体装置本体と光量調整部材とからなる。
半導体装置本体は、発光素子と受光素子を備える。発光素子及び受光素子は、当該分野で公知の素子をいずれも使用できる。発光素子としては、半導体レーザ、ＬＥＤ等の種々の素子を使用できる。受光素子としては、光導電効果型や光起電力効果型の素子等が挙げられる。発光素子と受光素子は、光量調整部材を介して受光素子に入射する光量を調整することができさえすれば、設置される箇所は特に限定されない。例えば、発光素子と受光素子とを樹脂のような付着部材を用いて基板上に載置してもよく、また、半導体基板を用いる場合、発光素子及び／又は受光素子を半導体基板中に作り込んでもよい。更に、受光素子の受光面は、発光素子の発光面に対向していてもよく、対向していなくてもよい。
【０００９】
次に、本発明の半導体装置は、光量調整部材を備える。光量調整部材は、半導体装置本体に接続していてもよい。光量調整部材の位置は、受光素子に入射する光量を調整しうる箇所に位置しさえすれば特に限定されない。光量の調整は、受光素子に入射する光の増減により行われる。例えば、発光素子から受光素子に入射する光を遮ったり、従来利用されていない発光素子から受光素子に入射されない光（図１の点線で示した光に相当）を表面反射して入射させたり、発光素子以外の外部の光（迷光）を遮ったり又は入射させたりすることで、光量を調整できる。加えて、所望しない外部の光を遮ることや、発光素子から入射する光束を選択的に遮光することで、受光素子のＳ／Ｎを改善できる。
更に、受光素子に入射する光量の調整は、光量調整部材の表面反射率の増減、光量調整部材の断面形状の調整又は光量調整部材の本数の増減により行うことができる。
【００１０】
また、半導体レーザのような発光素子は、通常、素子の前面側と背面側に発光面を有しているが、受光素子には前面側及び背面側から出射される光をどちらも利用できる。なお、一般的に、前面側の光を利用した半導体装置の構造をフロントモニタ構造といい、背面側の光を利用した半導体装置の構造をリアモニタ構造という。フロントモニタ構造では、例えば、半導体装置が発光素子から出射した光が入射するレンズをさらに備える場合、光量調整部材がレンズに入射する光の一部を反射させて受光素子に入射させうる箇所に位置することで、受光素子への光量の調節を行うことができる。
【００１１】
光量調整部材の材質は、遮光又は光反射できさえすれば特に限定されず、導電性を有していてもいなくてもよい。例えば、金、アルミニウム、銅等の金属、これら金属の合金、樹脂等が挙げられる。光量調整部材の形状は、遮光又は光反射できさえすれば特に限定されない。例えば、断面が丸、楕円、多角形（三角、四角等）等の種々の形状が挙げられる。特に、その断面は、その長軸方向が反射面と略平行になる形状を有する場合、遮光又は光反射を効率よく行える。更に、光量調整部材の本数は、所望の光量に調整できさえすれば、１本でも、２本以上でもよい。
【００１２】
光量調整部材は、光量の調整のためのみに半導体装置に備えられていてもよいが、金属ワイヤとして半導体装置本体の構成素子への電気的な接続を兼ねていることが好ましい。そのような構成素子としては、発光素子、受光素子、これら素子以外の他の素子が挙げられる。他の素子としては、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等が挙げられる。
また、発光素子が受光素子の受光面より上に位置し、光量調整部材が、発光素子からの光を反射により受光面に入射させうる受光素子上の箇所に位置することが好ましい。このような位置関係を各構成部材が有することで、光量の調製を容易に行うことができると共に、半導体装置の大きさを小さくできる。
【００１３】
更に、発光素子が、レンズに入射する光を出射する前面出射面と、前面出射面と異なる面に後面出射面を備える場合、光量調整部材は、後面出射面側に出射された光を一部反射させることで外部共振器として使用されてもよい。光量調整部材を外部共振器としても使用することで、半導体装置が発光素子を複数備えている場合において、発光素子の後面出射面側の反射率を個別に調整することが可能となる。
次に、図を用いて本発明を更に詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１
図２は本発明の実施の形態１の半導体装置の模式図である。発光素子aから出射された光束ｂ中のうち、従来は点線の矢印で表される光は受光素子ｃに入射していなかった。本発明では、光量調整部材ｄを配置し、その反射を利用することによって点線の矢印で表される光を有効利用できる。その結果、受光素子ｃの出力を上げることが可能となる。
【００１５】
実施の形態２
図３は本発明の実施の形態２の半導体装置の模式図である。発光素子aから出射され、受光素子ｃに入射している光束ｂ中の一部の光（点線の矢印で表される光）を、光量調整部材ｄを配置して遮光している。その結果、受光素子ｃの出力を下げることが可能となる。
【００１６】
実施の形態３
図４（ａ）は本発明の実施の形態３の半導体装置の模式図である。発光素子aから出射された光束ｂ中の光のうち、例えば半導体レーザのファーフィールドパターンの裾野の部分のように温度依存や出力依存の大きい部分の光を、光量調整部材ｄを配置して選択的に遮光している。選択的に遮光することで、図４（ｂ）及び（ｃ）に示されているように、Ｏｕｔｐｕｔ量が異なる場合（条件Ａの量＜条件Ｂの量）でも、Ｉｎｐｕｔ量を略一致させることが可能となる。その結果、半導体装置全体の温度特性やＳ／Ｎを改善することが可能となる。なお、図４（ｂ）は温度や出力による変動が大きい条件であり、図４（ｃ）は変動が少ない条件である。
【００１７】
実施の形態４
図５は本発明の実施の形態４の半導体装置の模式図である。外乱光（迷光：点線の矢印で表される光）eの入射経路を光量調整部材ｄで遮ることによって迷光防止効果を得ることができる。
【００１８】
実施の形態５
図６（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態５の半導体装置の模式図である。この図では、反射鏡として利用する光量調整部材の表面反射率を調整することによって、受光素子への入射光量を調整している。
図６（ａ）では、発光素子ａから出射した光強度Ｂ１の光ｂ１が、表面反射率Ｄの光量調整部材ｄで反射して光強度Ｂ２の光ｂ２となり受光素子ｃに入射されている。一方、図６（ｂ）では、発光素子ａ’から出射した光強度Ｂ１’の光ｂ１’が、表面反射率Ｄ’の光量調整部材ｄ’で反射して光強度Ｂ２’の光ｂ２’となり受光素子ｃ’に入射されている。ここで、発光素子ａのＯＵＴＰＵＴ量が発光素子ａ’より小さい場合、光強度Ｂ１はＢ１’より小さくなるが、表面反射率ＤをＤ’より大きくすることで、受光素子ｃ及びｃ’に入射する光の強度Ｂ２とＢ２’を略等しくすることが可能となる。
【００１９】
実施の形態６
図７（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態６の半導体装置の模式図である。この図では、ワイヤの本数を変えることによって、受光素子への入射光量を調整している。
図７（ａ）では、光量調整部材ｄが二本設けられ、発光素子ａから出射した光強度Ｂ１の光ｂ１が表面反射率Ｄの二本の光量調整部材ｄで反射して光強度Ｂ２の二本の光ｂ２となり受光素子ｃに入射されている。一方、図７（ｂ）では、発光素子ａ’から出射した光強度Ｂ１’の光ｂ１’が、表面反射率Ｄ’の光量調整部材ｄ’で反射して光強度Ｂ２’の光ｂ２’となり受光素子ｃ’に入射されている。ここで、表面反射率ＤがＤ’と、２×Ｂ１がＢ１’と、２×Ｂ２がＢ２’と略等しい場合、図７（ａ）と（ｂ）の半導体装置は、略等しい光量を受光素子に入射できる。
【００２０】
実施の形態７
図８は本発明の実施の形態７の半導体装置の概略図である。光量調整部材（金属ワイヤ）ｄのループ形状を変えることによって、受光素子ｃへの入射光量を調整している。具体的には、発光素子ａから出射した光ｂを、光量調整部材ｄで反射させて、略全量受光素子ｃに入射するよう各構成要素が配置されている。
【００２１】
実施の形態８
図９（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施の形態８の半導体装置の概略図である。図９（ａ）では、発光素子ａから出射した光は、発光素子及び受光素子以外の他の素子に接続された光量調整部材（金属ワイヤ）ｄ２で反射し、受光素子ｃに入射している。一方、図９（ｂ）では、発光素子ａ’から出射した光は、発光素子に接続された光量調整部材（金属ワイヤ）ｄ’で反射し、受光素子ｃ’に入射している。
図９（ｂ）は図９（ａ）に比べて、反射又は遮光用に使用している光量調整部材を、受光素子への電気的接続にも兼用しているので、使用材料や加工費の低減を図ることが可能である。
【００２２】
実施の形態９
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施の形態９の光量調整部材の概略図である。一般的に金属ワイヤとして使用されている光量調整部材の断面は図１０（ａ）のように円形をしているが、これを図１０（ｂ）のように光軸から垂直方向に広げることによって、反射に寄与する表面積を拡大できる。その結果、受光素子への入射光量を多くできる。このように光量調整部材の断面形状を変化させることで、入射光量を調整できる。
【００２３】
実施の形態１０
図１１は、本発明の実施の形態１０の半導体装置の模式図である。図１１では発光素子ａとして半導体レーザを使用している。発光素子ａの前面出射光の一部を光量調整部材ｄの表面反射によって半導体装置内に配置した受光素子ｃに入射させることができる。この前面出射光を受光素子に入射させる動作は、フロントモニタ動作と称される。この動作により、従来半導体装置の外部に受光素子やビームスプリッタ設置する必要があったフロントモニタ動作に必要な機構を、半導体装置内に構成することが可能となる。その結果、光学系の機構を小型化でき、かつ装置の価格を抑えることができる。
【００２４】
実施の形態１１
図１２は、本発明の実施の形態１１の半導体装置の模式図である。図１２では、光量調整部材ｄによって発光素子（半導体レーザ）ａの外部共振器が構成されている。この構成では、後面出射光ｂ４の一部を光量調整部材ｄの表面反射によって発光素子ａに帰還させて再利用できる。この構成によると、同一設計の発光素子を複数設けた半導体装置（レーザーチップ）でも個々に発光素子の後面反射率を調整することが可能となる。なお、図１２中、ｂ３は前面出射光、ｆはハーフミラーを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の半導体装置の模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１の半導体装置の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態２の半導体装置の模式図である。
【図４】本発明の実施の形態３の半導体装置の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態４の半導体装置の模式図である。
【図６】本発明の実施の形態５の半導体装置の模式図である。
【図７】本発明の実施の形態６の半導体装置の模式図である。
【図８】本発明の実施の形態７の半導体装置の概略図である。
【図９】本発明の実施の形態８の半導体装置の概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態９の光量調整部材の概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態１０の半導体装置の模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態１１の半導体装置の模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
ａ、ａ’：発光素子
ｂ、ｂ１、ｂ２、ｂ１’、ｂ２’：光束
ｂ３：前面出射光
ｂ４：後面出射光
ｃ、ｃ’：受光素子
ｄ、ｄ’ｄ１、ｄ２：光量調整部材
ｅ：外乱光
ｆ：ハーフミラー
【図１】
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【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】
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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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