JP2001111152A - 半導体レーザ - Google Patents

半導体レーザ

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JP2001111152A
JP2001111152A JP28608999A JP28608999A JP2001111152A JP 2001111152 A JP2001111152 A JP 2001111152A JP 28608999 A JP28608999 A JP 28608999A JP 28608999 A JP28608999 A JP 28608999A JP 2001111152 A JP2001111152 A JP 2001111152A
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semiconductor laser
heat sink
stem
leads
base
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Goji Yamamoto
剛司 山本
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップサイズが大きく発熱量の大きいレーザ
チップの場合でも、ヒートシンク部を大きくして放熱特
性を向上させながら、外径の小さい半導体レーザおよび
それを用いた薄型の光ピックアップを提供する。 【解決手段】 少なくとも2本のリード14、16が両
側に突出するように固定されるステム1の一方の底部
(ベース11)側に支持部12が設けられている。そし
て、その支持部12の上部で前述の突出する2本のリー
ド14、16側に延びるように幅広にヒートシンク部1
3が形成されている。このヒートシンク部13にレーザ
チップ2がマウントされている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、DVD(デジタル
ビデオディスク)、DVD−ROMなどのピックアップ
用光源に用いるのにとくに適した、小形で安価な半導体
レーザに関する。さらに詳しくは、DVD用などのレー
ザチップが大きくなっても、小さな外形で形成し得るス
テムタイプの半導体レーザに関する。
【0002】
【従来の技術】従来のCD用のピックアップなどに用い
られるステムタイプの半導体レーザは、図7に示される
ような構造になっている。すなわち、鉄などの金属材料
を冷間鍛造法により成形して、ベース21の中心部の一
部を盛り上げてヒートシンク部22を形成し、リード2
3、25をガラス26などにより固定したステム20が
用いられ、このヒートシンク部22にレーザチップ31
がシリコン基板などからなるサブマウント34を介して
マウントされ、一方の電極(チップ31の裏面電極)が
サブマウント34の中継部38を介してワイヤ33によ
りリード23と電気的に接続され、他方の電極はワイヤ
33を介してサブマウント34に接続され、その裏面を
介してヒートシンク部22およびベース21を経てコモ
ンリード24と電気的に接続されている。なお、32は
モニター用の受光素子で、一方の電極はワイヤ33を介
してリード25と、他方の電極はサブマウント34、ヒ
ートシンク部22およびベース21を介してコモンリー
ド24とそれぞれ電気的に接続されている。そしてその
周囲にキャップ35が被せられることにより形成されて
いる。キャップ35の頂部中央部にはレーザチップ31
により発光する光が透過するように貫通孔35aが設け
られ、ガラス板36が接着剤37により封着されてい
る。
【0003】この構造では、リード23、25間にヒー
トシンク部22を形成しなければならないにも拘わら
ず、リード23、25をガラス26などにより封着しな
ければならないため、ステム20の径を小さくすること
ができない。そのため、従来は外形が5.6mmφ程度
のものしか作られていない。
【0004】一方、図8に示されるように、板状体を絞
り加工してリング27およびヒートシンクとする台座部
28を一体に形成し、そのリング27内にガラス29な
どによりリード23、25を直接封着してステム20を
形成し、キャップ35をそのステム20の外周に圧入に
より被せるタイプのものもある。このような構造にする
ことにより、ステムのベースに直接ヒートシンク部を形
成する必要がなく、また、キャップを溶接するスペース
を必要としないため、3.3mmφ程度のものが製造さ
れている。なお、図8と同じ部分には同じ符号を付して
その説明を省略する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のCD用などのピ
ックアップに用いる光源としては、レーザチップの大き
さも0.25mm角程度であり、また動作電流も小さい
ため、前述の図8に示される構造の半導体レーザを用い
ても、発熱量も少なく差し支えないが、DVD用のレー
ザチップは0.25mm×0.5mm角程度と大きく、動
作電流もCD用の2倍程度と大きくなり、放熱が充分で
ないとレーザチップが発光しなくなるという問題があ
る。そのため、ヒートシンク部をできるだけ大きくし
て、放熱を向上させることが必要となる。さらに、図8
に示される構造では、キャップが圧入によりはめ込まれ
ているため、ステム表面にハンダメッキなどを厚く形成
する必要があり、リードにもハンダメッキが厚く付い
て、ワイヤボンディングをしにくいとい問題もある。
【0006】一方において、CDやDVDなどの信号検
出に用いるピックアップは、最近のノート型パソコンな
どに代表されるように電子機器の軽薄短小化に伴い、非
常に薄型のものが要求され、ピックアップでは横向きに
して用いられる半導体レーザはその外径の小さいものが
要求され、前述のDVD用などでチップサイズが大きく
なり、放熱をよくする必要のあるものでも、外径を3.
3mmφ程度以下にすることが望まれている。
【0007】本発明はこのような状況に鑑みなされたも
ので、チップサイズが大きく発熱量の大きいレーザチッ
プの場合でも、ヒートシンク部を大きくして放熱特性を
向上させながら、外径の小さい半導体レーザを提供する
ことを目的とする。
【0008】本発明の他の目的は、ノート型パソコンな
どに用いられるような光ピックアップを薄型化し、電子
機器の薄型化を達成することができる光ピックアップ装
置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体レー
ザは、少なくとも2本のリードが両側に突出するように
固定されるステムと、該ステムの一方の底部(リードの
固定部)側に設けられる支持部と、該支持部の上部で前
記突出する2本のリード側に延びるように幅広に形成さ
れるヒートシンク部と、該ヒートシンク部に固着される
レーザチップとからなっている。
【0010】ここにリード側に延びるように幅広に形成
されるとは、2本のリードの間に設けられる支持部がリ
ードの幅方向に延びる場合、およびリードの後ろ側に設
けられる支持部が前方のリード側(リードの幅方向と垂
直方向)に延びる場合の一方または両方を含む意味であ
る。なお、幅広に形成される部分は、リード先端の上部
を覆うように幅広にされてもよいし、リードの先端は覆
われないが、リードを固着するガラス部分を覆う程度の
幅広でもよい。
【0011】この構造にすることにより、平面的に見て
(ステムを上面から見て)、支持部はリード間隔などに
より狭く制約されても、ヒートシンク部とリード(リー
ドを固着するガラス部を含む)とが重なる構造になって
いるため、狭いリードの間隔にしても充分にヒートシン
ク部の体積を確保することができる。その結果、3.3
mmφの外径とするための狭いリード間隔にしても、熱
放散に充分なヒートシンク部を設けることができ、DV
D用のようにチップサイズが大きくて発熱の大きいレー
ザチップでも小形のパッケージにすることができる。す
なわち、従来のこの種の半導体レーザでは、ヒートシン
ク部と支持部とが同じ幅で形成され、平面的に見て、ヒ
ートシンク部とリードとが並ぶように配置するという発
想であったため、ステムにおけるリードの間隔に制約を
受けたり、ヒートシンク部を大きくすることができない
という制約を受けていた。しかし、平面的に見てリード
と重なるようにヒートシンク部を広げて大きくするとい
う発想にしたことにより、小さな外形でチップサイズが
大きく発熱の大きいDVD用の半導体レーザでも外形が
3.3mmφ程度の小形に形成することができた。
【0012】前記ステムが、金属性ベースの貫通孔に絶
縁体を介して前記2本のリードが固定されることにより
形成され、前記支持部が該ベースと一体に形成され、該
支持部上に前記ヒートシンク部が接着される構造にする
ことにより、ヒートシンク部として、熱伝導のよい銅材
などを使用することができる。
【0013】前記ステムが、金属性ベースの貫通孔に絶
縁体を介して前記2本のリードが固定されることにより
形成され、前記支持部およびヒートシンク部が該ベース
と一体に形成されることにより、寸法精度がよくなり、
組立も容易になる。
【0014】前記支持部およびヒートシンク部が金属性
板材により一体物に形成され、該一体物の前記支持部が
前記ステムのベースに固着される構造にすることによ
り、ステムの製造工程が非常に容易になる。
【0015】前記ステムが、円筒状のリング内に絶縁体
を介して前記少なくとも2本のリードが封着されること
により形成されるタイプでも、幅広に形成され、熱放散
のよいヒートシンク部が設けられることにより、DVD
用などのチップサイズが大きく発熱量の大きいレーザチ
ップを有する半導体レーザを製造することもできる。
【0016】本発明による光ピックアップ装置は、半導
体レーザと、回折格子と、前記半導体レーザから出射す
る光と反射して戻る光とを分離するビームスプリッタ
と、前記半導体レーザからのビームを平行光とするコリ
メートレンズと、前記半導体レーザからのビームを直角
方向に曲げる反射鏡と、前記ビームをディスク上に焦点
を結ばせる対物レンズと、前記ディスクからの反射光を
前記ビームスプリッタにより分離して検出する光検出器
とからなり、前記半導体レーザが請求項1記載の半導体
レーザからなっている。
【0017】
【発明の実施の形態】つぎに、図面を参照しながら本発
明の半導体レーザについて説明をする。本発明による半
導体レーザは、その一実施形態の断面説明図ならびにそ
のステム部の斜視および平面説明図が図1(a)〜
(c)にそれぞれ示されるように、少なくとも2本のリ
ード14、16が両側に突出するように固定されるステ
ム1の一方の底部(ベース11)側に支持部12が設け
られている。そして、その支持部12の上部で前述の突
出する2本のリード14、16側に延びるように幅広に
ヒートシンク部13が形成されている。このヒートシン
ク部13にレーザチップ2がマウントされている。
【0018】ステム1は、ベース11、支持部12、ヒ
ートシンク部13およびベース11に設けられた貫通孔
に軟質ガラス17などにより封着されたリード14、1
6と、ベース11に直接溶接などにより設けられたリー
ド15とからなっている。図1に示される例では、ベー
ス11と支持部12とは一体で、たとえば鉄板を冷間鍛
造法によりその中心部に支持部12とする突起部を形成
することにより形成されており、ベース11の厚さがた
とえば1mm程度で、その径が3.3mmφ程度に、ま
た、支持部12は、図1(c)の平面説明図に破線で示
されるように、リード14、16に挟まれる部分ではベ
ース11の貫通孔で挟まれる幅と同程度またはそれより
若干狭く、リード14、16の後ろ側では1.1mm程
度(リード14、16の中心間距離と同程度)と広く形
成されている。なお、リード14、16を固着する貫通
孔の径は、たとえば0.75mmφ程度で、その間隔は
1.1mmφ程度に形成される。
【0019】リード14、16は、たとえば0.3mm
φ程度のFe-Ni合金棒などからなり、軟質ガラス1
7などからなるガラスビーズによりベース11の貫通孔
に封着されている。コモンリード15も同じ材料からな
っているが、ベース11と電気的に接続するため直接ベ
ース11に溶接などにより固着されている。
【0020】ヒートシンク部13は、図1に示される例
では、支持部12とは別体に形成され、たとえば銅ブロ
ックなどからなり、図1(c)に平面説明図が示される
ように、支持部12よりリード14、16側にはみ出す
ように幅広部が形成され、並列するリード14、16の
並ぶ方向の幅Aが、たとえば1.4mm程度に、高さB
が1.1mm程度に形成され、支持部12にロウ付けな
どにより固着されている。すなわち、支持部12だけで
は、その前面の幅が、貫通孔の間隙部である0.4mm
程度しかないが、ヒートシンク部13の前面の幅は1.
4mm程度に広がっている。そのため、レーザチップを
ボンディングするサブマウントを確実に固着することが
できると共に、サブマウントに伝わるレーザチップの熱
を効率よく放散することができる。
【0021】図1に示される例では、リード14、16
が並ぶ方向(横方向)にヒートシンク部13の幅を支持
部12の幅より広げて幅広に形成したが、たとえば図2
に示されるように、リード14、16の後ろ側に広い幅
で支持部12を形成しておき、ヒートシンク部13を支
持部12よりリード側(図2のC方向)に広げて、幅広
に形成されてもよいし、リードの並ぶ方向と共に両方に
幅広に形成されてもよい。要は、ヒートシンク部13の
平面で見た面積が、支持部12より大きく形成されると
共に、マウントするレーザチップの発光部がステムの中
心部に位置するように広い面積で形成されていることに
特徴がある。また、前述の例では、ヒートシンク部13
が支持部12と別体に形成されていたが、後述するよう
に支持部12と一体、またはベース11および支持部1
2と一体に形成されてもよい。
【0022】レーザチップ2は、レーザ光を出射するよ
うに形成されているが、その大きさはCD用では250
μm×250μm程度であるが、DVD用では250μ
m×500μm程度と大きくなる。しかし、それでも非
常に小さく、その取扱を容易にし、さらに放熱性を確保
するため、通常0.8mm×1mm程度の大きさのシリ
コン基板などからなるサブマウント3上にボンディング
されている。そして、一方の電極はサブマウント3に金
線8などのワイヤボンディングにより接続されてその裏
面から導電性接着剤、ヒートシンク部13、支持部1
2、ベース11を介してコモンリード15に接続され、
他方の電極(裏面電極)はサブマウント3上の接続部3
aを介して金線8などのワイヤボンディングによりリー
ド14と接続されている。
【0023】このレーザチップ2がボンディングされた
サブマウント3は吸着コレットにより搬送され、ヒート
シンク部13にマウントされる。また、レーザチップ2
の発光出力をモニターするための受光素子4が同様にサ
ブマウント3に設けられ、その一方の電極はヒートシン
ク部13などを介してコモンリード15に接続され、他
方の電極は金線8などのワイヤボンディングによりリー
ド16と電気的に接続されている。なお、この受光素子
4は、サブマウント3とは別のところに設けられてもよ
い。
【0024】レーザチップ2の周囲には、キャップ(シ
ェル)5がステム1に溶接されることにより設けられて
いる。すなわち、キャップ5の底面(ステム11と接す
る部分)にプロジェクション(突起部)が全周に亘って
設けられ、その部分に電流が集中するようにして抵抗溶
接などにより全周がハーメティックに封着されている。
キャップ5は銅などの熱伝導のよい材料からなっている
のが好ましいが、鉄やコバルトなどの溶接性の良好な金
属でもよい。また、無光沢銀メッキなどが施されている
ことが、内面で光の乱反射を防止しやすいため好まし
い。なお、キャップ5の頂部の中心部には、レーザ光が
通過する窓部(貫通孔)59が設けられており、その窓
部5aにガラスなどの透明板6が低融点ガラスなどの接
着剤7により貼着されている。
【0025】本発明の半導体レーザによれば、ヒートシ
ンク部が支持部より幅広に形成されているため、ステム
のリード間隔が狭くても(リード間隔に拘わらず)、熱
放散を充分にし得る大きなヒートシンクにレーザチップ
をマウントすることができる。その結果、DVD用のチ
ップサイズが大きくて、動作電流が大きく発熱の大きい
レーザチップでも、外径の小さいステムにマウントする
ことができる。また、従来のCD用の比較的小さいチッ
プで発熱量の小さいチップでも、外径を3.3mmφに
形成するためには、冷間鍛造によるステムタイプのもの
では、リードを固着するガラスの径や、キャップを溶接
する部分を形成するためのスペースなどが必要で、小型
化を達成することができず、円筒状リングを用いたもの
でしか小型化できなかったが、本発明によれば、冷間鍛
造によるステムタイプのものでも3.3mmφ程度の小
型のものを製造することができる。
【0026】この金属性のステムを用いることができる
ことにより、前述のようにキャップをステムに抵抗溶接
により設けることができる。その結果、機密性を大幅に
向上させることができると共に、圧入をするために必要
とされるハンダメッキが不要となり、リードにハンダメ
ッキがつかなくなるため、ワイヤボンディング性が非常
に向上する。
【0027】前述の例では、ヒートシンク部13を支持
部12とは別の材料により別体で作製し、支持部12上
にロウ付けなどにより固着する例であった。このような
別体により形成すれば、とくに熱伝導の良好な銅ブロッ
クなどを用いることができるため好ましいが、図3にス
テム部の斜視説明図が示されるように、鉄板などから冷
間鍛造法によりベース11、支持部12と共にヒートブ
ロック部13を一体に形成することもできる。一体に形
成すれば、ヒートブロック部13を固着する必要もな
く、精度よく製造することができるという利点がある。
【0028】さらに別の例として、図4に同様のステム
部の斜視説明図が示されるように、支持部12とヒート
ブロック部13とを銅板の打抜きと折曲げなどにより一
体に形成し、その一体物の支持部12をベースに溶接ま
たはロウ付けなどにより固着する構造でもよい。なお、
図4に示されるように、ヒートシンク部を折り曲げるこ
とにより、限られた空間でその表面積を大きく形成する
ことができ、放熱特性を向上させることができる。他の
部分は前述の例と同様で、同じ部分には同じ符号を付し
てその説明を省略する。
【0029】図5(a)〜(b)は、さらに別の例をそ
れぞれ直角方向での断面で示す説明図で、従来の3.3
mmφの小型パッケージで、DVD用などの大きなレー
ザチップをマウントすることができるように、幅広のヒ
ートシンク部を設けた例である。すなわち、前述のよう
な銅板などの絞り加工により円筒状のリング18を形成
し、そのリング18内にガラス19などによりリード1
4、16を封着することによりステム1が形成され、そ
のリング18と一体で支持部12およびコモンリード1
5が形成されている。そして、その支持部12上に、支
持部より幅広に形成されたヒートシンク部13が固着さ
れることにより形成されている。なお、ステム1以外の
他の部分は図1に示される例と同様で、同じ部分には同
じ符号を付してその説明を省略する。図5では、受光素
子が図示されていないが、前述の例と同様に設けられ
る。
【0030】図6は、この外径の小さい半導体レーザを
用いて、薄型のピックアップを構成する例の概略を示す
説明図である。すなわち、半導体レーザ50を横向きに
配置し、半導体レーザからの光を回折格子51により、
たとえば3ビーム法ではレーザビームを3分割し、出射
光と反射光とを分離するビームスプリッタ52を介し
て、コリメータレンズ53により平行ビームとし、プリ
ズムミラー(反射鏡)54により90°(z軸方向)ビ
ームを曲げて対物レンズ55によりDVDやCVDなど
のディスク56の表面に焦点を結ばせる。そして、ディ
スク56からの反射光を、ビームスプリッタ52を介し
て、凹レンズ57などを経て光検出器58により検出す
る構成になっている。なお、図6で半導体レーザ50と
光検出器58とはほぼ同一面(xy面)内にある。
【0031】このように、半導体レーザ50を横向きに
配置し、DVDなどと平行な方向にレーザビームを発射
しながら、DVDなどの表面の凹凸を検出する構成にす
ることにより、光ピックアップの薄型化は半導体レーザ
の外径に依存し、その外径を小さくすることにより、非
常に薄型の光ピックアップを構成することができる。前
述のように外径が3.3mmφの本発明による半導体レ
ーザを用いることにより、厚さが5mm程度の光ピック
アップが得られた。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、冷間鍛造法で形成する
ような金属性ベースを有するステムを使用しても、3.
3mmφ程度の非常に小型の半導体レーザを得ることが
できるため、部材の変形などが生じることがなく、ま
た、熱放散もよくなり、非常に信頼性の高い半導体レー
ザが得られる。さらに、金属性ベースを有するステムを
使用することにより、キャップを溶接することができ、
高い気密性を得やすい。
【0033】さらに、ヒートシンク部をリードの間隔に
制約を受けることなく、充分に大きく形成することがで
きるため、DVDのようなチップサイズが大きくなった
り発熱量の大きいレーザチップでも、ステムの外形を大
きくすることなくマウントすることができる。
【0034】その結果、DVD用などのピックアップで
も、非常に薄型のピックアップを形成することができ
る。また、本発明の半導体レーザを用いたピックアップ
によれば、ノートパソコンなどレーザ光源を使用する電
子機器の薄型化に非常に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体レーザの一実施形態の構造
を示す説明図である。
【図2】図1のヒートシンク部を大きくする他の構造例
を示す説明図である。
【図3】本発明の半導体レーザにおける他の実施形態の
構造を示す説明図である。
【図4】本発明の半導体レーザにおける他の実施形態の
構造を示す説明図である。
【図5】本発明の半導体レーザにおける他の実施形態の
構造を示す説明図である。
【図6】本発明によるピックアップの構成の説明図であ
る。
【図7】従来の半導体レーザにおける構成例の説明図で
ある。
【図8】従来の半導体レーザにおける構成例の説明図で
ある。
【符号の説明】
1 ステム 2 レーザチップ 11 ベース 12 支持部 13 ヒートシンク部 14 リード 15 コモンリード 16 リード

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも2本のリードが両側に突出す
    るように固定されるステムと、該ステムの一方の底部側
    に設けられる支持部と、該支持部の上部で前記突出する
    2本のリード側に延びるように幅広に形成されるヒート
    シンク部と、該ヒートシンク部に固着されるレーザチッ
    プとからなる半導体レーザ。
  2. 【請求項2】 前記ステムが、金属性ベースの貫通孔に
    絶縁体を介して前記2本のリードが固定されることによ
    り形成され、前記支持部が該ベースと一体に形成され、
    該支持部上に前記ヒートシンク部が接着されてなる請求
    項1記載の半導体レーザ。
  3. 【請求項3】 前記ステムが、金属性ベースの貫通孔に
    絶縁体を介して前記2本のリードが固定されることによ
    り形成され、前記支持部およびヒートシンク部が該ベー
    スと一体に形成されてなる請求項1記載の半導体レー
    ザ。
  4. 【請求項4】 前記支持部およびヒートシンク部が金属
    性板材により一体物に形成され、該一体物の前記支持部
    が前記ステムのベースに固着されてなる請求項1記載の
    半導体レーザ。
  5. 【請求項5】 前記ステムが、円筒状のリング内に絶縁
    体を介して前記少なくとも2本のリードが封着されるこ
    とにより形成されてなる請求項1記載の半導体レーザ。
  6. 【請求項6】 半導体レーザと、回折格子と、前記半導
    体レーザから出射する光と反射して戻る光とを分離する
    ビームスプリッタと、前記半導体レーザからのビームを
    平行光とするコリメートレンズと、前記半導体レーザか
    らのビームを直角方向に曲げる反射鏡と、前記ビームを
    ディスク上に焦点を結ばせる対物レンズと、前記ディス
    クからの反射光を前記ビームスプリッタにより分離して
    検出する光検出器とからなり、前記半導体レーザが請求
    項1記載の半導体レーザである光ピックアップ装置。
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