JP2001111159A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ピックアップ装置などに用いる半導体レー
ザ装置の光特性の劣化を無くすとともに量産性を向上さ
せる。 【解決手段】 チップ搭載部４５に半導体レーザチップ
が実装されており、チップ搭載部４５を囲んで凸起状の
円筒形状１０１を有する枠体４２が設けられ、円筒形状
１０１の内側には光学素子１０３が載置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光情報処理、光計
測および光通信等の分野に利用される半導体レーザ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下に従来の半導体レーザ装置について
説明する。

【０００３】図１５は従来の半導体レーザ装置の分解斜
視図である。図１５において、１は半導体レーザチッ
プ、２はヒートシンク、３はレーザ出力光をモニタする
受光素子、４はステム、５はキャップ、６はキャップ５
に設けられた窓、７は電極端子、８は絶縁部材、９はチ
ップ搭載部である。図１５に示すように、金属製のステ
ム４には絶縁部材８により絶縁された電極端子７とチッ
プ搭載部９が取り付けられている。ステム４の上のチッ
プ搭載部９には半導体レーザチップ１がヒートシンク２
を介して実装されており、またステム４の上にはレーザ
出力光をモニタする受光素子３が実装されている。窓６
を設けた金属製のキャップ５がステム４に取り付けられ
て半導体レーザ装置となる。

【０００４】このような構造の半導体レーザ装置では、
収納容器が高くなる上に製造工程が量産に向かないとい
う問題があり、この点を解決するためにリードフレーム
を用いた構造が開発されている。

【０００５】図１６は半導体素子の組立に使用するリー
ドフレームの平面図である。図１６において、１０はフ
レーム、１１はチップ搭載部、１２は外部リードであ
る。このようなリードフレームを使用して組立し、透明
樹脂で封止した従来の半導体レーザ装置を図１７に示し
た。チップ搭載部１１の上に半導体レーザチップ１４を
ヒートシンク１３を介して搭載し、半導体レーザチップ
１４の電極と外部リード１２とを金属細線１５で接続
し、透明樹脂１６で全体を封止している（特開平３−３
４３８７号公報参照）。

【０００６】なお、リードフレームに代えて金属製のス
テムを使用して半導体レーザチップを組立て、ステムの
上部分を透明樹脂で封止した半導体レーザ装置も開発さ
れている。

【０００７】図１８は同半導体レーザ装置の断面図であ
り、図１５のステム４の上に組み立てられた後樹脂封止
された半導体レーザ装置をステム４の面に平行に切断し
た部分を示している。すなわち、半導体レーザチップ１
４はヒートシンク１３を介してチップ搭載部１１に取り
付けられており、半導体レーザチップ１４の電極と電極
端子１２とを金属細線１５で接続したものを透明樹脂１
６で円柱状に封止している（特開平２−２０９７８６号
公報参照）。なお、１７は半導体レーザチップ１４を保
護するためのシリコーン樹脂である。

【０００８】次に、上記の半導体レーザ装置を用いた従
来の光ピックアップ装置について説明する。

【０００９】図１９は従来の光ピックアップ装置の概略
構成図である。図１９において、２１は光ディスク、２
２は対物レンズ、２３は対物レンズ２２を動かすアクチ
ュエータ、２４は反射鏡、２５はビームスプリッタ、２
６は３ビーム発生用グレーティング、２７は半導体レー
ザ装置、２８は受光素子、２９はレーザ出射光、３０は
光ディスク２１により変調され反射されて戻ってきた信
号光である。図１９に示すように、従来の光ピックアッ
プ装置では半導体レーザ２７、３ビーム発生用グレーテ
ィング２６、ビームスプリッタ２５、受光素子２８、反
射鏡２４および対物レンズ２２がそれぞれ個別の部品で
構成されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の構成において、金属製のステムに半導体レーザチ
ップを組み立てた構造では、１個ずつ独立しているため
に量産時の組立工程においてステムの取扱いがむずかし
く、工数がかかる上に金属製のステム自体の価格が高い
ために製造コストが非常に高くなってしまうという課題
を有していた。

【００１１】また、リードフレームを用いて１０個〜２
０個の半導体レーザチップを一度に封止した後個々の半
導体レーザ装置に切り分ける構造では、封止に透明樹脂
を用いるために半導体レーザチップに透明樹脂が直接接
触しており、その量産性は向上するものの新たに次のよ
うな課題が発生する。

【００１２】まず第１に、半導体レーザチップの発光点
では直径約１０μｍ以内の範囲に数ｍＷ以上の光出力が
閉じ込められているが、その熱や光密度の高さのために
透明樹脂自体が劣化し、黄変したり熱変形を起こしたり
して、光出射特性を劣化させてしまう。

【００１３】第２に、透明樹脂自体を成形するときに、
通常、高温状態で樹脂を流し込み、熱硬化または自然硬
化させるのであるが、そのときに樹脂自体に応力が発生
し、半導体レーザチップを劣化させたり、極端な場合に
は半導体レーザチップにクラックが入ったりする。これ
を解決するために、半導体レーザチップの周辺を耐熱性
で弾力性のある樹脂（たとえばシリコーン樹脂）で被覆
した上でモールドするような技術も提案されている。し
かしながら、このような構造ではシリコーン樹脂と封止
用の透明樹脂との界面がきれいな平面にならず、半導体
レーザからのレーザ出射光の波面が乱れてしまうという
問題があり、また、半導体レーザチップ自体に加わる応
力が減少してクラックが入ることはなくなるものの、引
っ張り応力が加わった場合にはすぐに剥離してしまうの
で、この剥離部分が半導体レーザの発光点に発生した場
合に光出射特性を乱してしまう。さらに、封止用の樹脂
が耐熱性樹脂であっても、ガラス転移点はたかだか２０
０℃程度であり、完全に熱や光密度による光学特性劣化
の問題を解決しているとはいえない。

【００１４】本発明は、上記の従来の課題を解決するも
ので、長期信頼性に優れ、量産性の高い構造の半導体レ
ーザ装置および光ピックアップ装置を提供することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の半導体レーザ装置は、チップ搭載部に半導
体レーザチップを実装し、このチップ搭載部を囲んで設
けた外部リード上の接続点と半導体レーザチップの電極
とを接続し、かつチップ搭載部および外部リード上の接
続点を囲んで絶縁材料からなる枠体を設けた構成を有し
ている。

【００１６】また本発明の光ピックアップ装置は、上記
の半導体レーザ装置と半導体レーザ装置から出射される
光ビームを光学式情報記録媒体上に集光する集光手段と
を備えた構成を有している。

【００１７】上述の構成により、（１）樹脂モールドす
ることなくリードフレームに実装した半導体レーザチッ
プを保護することができ、（２）樹脂モールドすること
なく枠体によってリードフレームの各リードが固定され
ており、（３）樹脂モールドしないので、樹脂モールド
に起因する問題（たとえば、樹脂の黄変による半導体レ
ーザの光出力特性劣化や応力による半導体レーザチップ
の劣化の等）がない。

【００１８】したがって、製造工程において取扱いが容
易で工数がかからず、パッケージングに必要な材料コス
トも安くなり、安価で信頼性の高い半導体レーザ装置を
得ることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態におけ
る半導体レーザ装置について、図面を参照しながら説明
する。

【００２０】〔実施の形態１〕図１（ａ）は本発明の第
１の実施の形態における半導体レーザ装置の上面図、図
１（ｂ）は同半導体レーザ装置の断面図、図１（ｃ）は
組立工程における同半導体レーザ装置の上面図である。
これらの図において、４０は面発光型の半導体レーザチ
ップ、４１はヒートシンク用シリコン基板、４２は樹脂
製の枠体、４３は外部リード、４４はリードフレーム、
４５はリードフレーム４４のチップ搭載部、４６は半導
体レーザチップ４０からのレーザ出射光、４７は金属細
線、４８は保護板である。なお、本実施の形態では半導
体レーザチップ４０として面発光型のものを用いている
が、レーザ出射光４６が図面上方に出射される構造であ
れば、特に面発光型の半導体レーザに限定されるもので
はない。

【００２１】図１（ａ）に示すように、本実施の形態の
半導体レーザ装置では、半導体レーザチップ４０はヒー
トシンク用シリコン基板４１の上に配置され、ヒートシ
ンク用シリコン基板４１はチップ搭載部４５の中央部に
配置されている。半導体レーザチップ４０の電極と外部
リード４３とは金属細線４７で接続されており、半導体
レーザチップ４０および外部リード４３の一部は枠体４
２で囲まれている。枠体４２の高さは、図１（ｂ）に示
すように、金属細線４７のループの最大点より高くなる
ように設計されている。またチップ搭載部４５と外部リ
ード４３の下部には保護板４８が取り付けられている。
図１（ｃ）に示すように、製造工程においてはリードフ
レーム４４が用いられ、複数個の半導体レーザ装置を一
括して扱うことができる。

【００２２】以上のように構成された半導体レーザ装置
では、半導体レーザチップ４０からのレーザ出射光４６
が通過する方向を除く他の方向はすべて枠体４２と保護
板４８で保護されるため、保護パッケージとしての機能
を十分に果たしており、しかも、外部リード４３は枠体
４２と保護板４８により固定されているため、リードフ
レーム４４から個々の半導体レーザ装置を切り出した後
も、外部リード４３が外れることがない。

【００２３】また、本実施の形態の構造では、図１７，
１８に示す従来例のように、レーザ出射光４６が透明樹
脂中を通過することがないため、透明樹脂の黄変劣化等
によるレーザ出射光４６の特性変化が生じることがな
い。しかも、半導体レーザチップ４０が直接封止樹脂と
接することがないため、応力による半導体レーザチップ
４０の劣化の問題も発生しない。

【００２４】なお、本実施の形態においては、枠体４２
の材料として樹脂を用いているが、外部リード４３間の
絶縁が確保できる材料であれば、セラミック材料、ガラ
ス材料等他の材料でもよく、セラミック材料であればさ
らに強度が向上する。

【００２５】以上説明した本実施の形態の半導体レーザ
装置にレーザ出射光を透過する光学平板４９を取り付け
た状態を図２に示す。図２に示すように、レーザ出射光
４６が通過する方向の面にレーザ出射光４６を透過する
ガラスや樹脂等からなる光学平板４９を配置し、外部リ
ード４３の裏面側に保護板４８を配置することにより、
半導体レーザチップ４０は完全に保護され、耐湿性等の
耐環境性が向上する。

【００２６】次に半導体レーザチップ４０を取り付けた
ヒートシンク用シリコン基板４１にデバイス、信号処理
回路等を形成した例について説明する。

【００２７】図３（ａ）はヒートシンク用シリコン基板
にモニタ用受光素子が形成された半導体レーザ装置の断
面図、図３（ｂ）はヒートシンク用シリコン基板に信号
処理回路が形成された半導体レーザ装置の断面図であ
る。

【００２８】図３（ａ）に示す半導体レーザ装置では、
ヒートシンク用シリコン基板４１に半導体レーザチップ
４０の後方から出射されるレーザ出射光を受光するモニ
タ用受光素子５０が形成されている。また、図３（ｂ）
に示す半導体レーザ装置では、ヒートシンク用シリコン
基板４１に、モニタ用受光素子５０以外に外部からの信
号光５３を受光する光検出回路５１と、この光検出回路
５１からの信号を処理する信号処理回路５２とが形成さ
れている。なお、信号処理回路としては、光検出回路か
らの信号電流を電圧変換する電流−電圧変換回路、電流
−電圧変換回路からの信号を増幅する増幅回路、増幅回
路からの信号を演算する演算回路、演算回路からの信号
をデジタル−アナログ変換するＤＡ変換回路、および半
導体レーザを駆動する駆動回路等がある。なお、これら
信号処理回路の一部をヒートシンク用シリコン基板４１
の上に形成し、残りの信号処理回路を他のシリコン基板
に形成してもよいし、全ての回路をヒートシンク用シリ
コン基板４１の上に形成してもよい。

【００２９】このようにヒートシンク用シリコン基板４
１に多くの回路を形成すればするほど電極端子数が増加
するため、図１５に示す従来の半導体レーザ装置では、
外部へ電極端子を取り出すことは困難であった。すなわ
ち、図１５に示すように電極端子７は絶縁材料８を介し
てステム４に固定されているため、電極端子７を短いピ
ッチで多く配置することがむずかしく、パッケージの小
型化が困難であった。たとえば、現在の９ｍｍ径の半導
体レーザ装置用のステム４では絶縁材料８が約１ｍｍ径
を占めるため、少なくとも２ｍｍ間隔の電極配置しか実
現できず、逆に２０本の電極端子を必要とする場合に
は、ステム４の径は１３〜１５ｍｍになる。一方、本実
施の形態では、リードフレーム技術がそのまま使えるた
め、０.３〜０.４ｍｍ間隔で外部リード４３を配置で
き、四角形のパッケージの対向する二方向から電極端子
を取り出すとすると、４〜５ｍｍ角のパッケージが可能
であり、非常に小型化できる。さらに、図１５に示す従
来のパッケージでは、電極端子７の引き出し方向がステ
ム４の面に垂直であり三次元的に大きな容積を占めてい
たのに対して、本実施の形態の半導体レーザ装置では外
部リード４３の引き出し方向を含めて全てが平面的に構
成されており、パッケージの薄型化という点でも効果が
ある。

【００３０】なお、本実施の形態ではヒートシンクとし
てシリコン基板４１を用いているが、チップ搭載部４５
および外部リード４３を通して放熱が十分行われ、信号
処理回路を他のシリコン基板に形成するのであれば、半
導体レーザチップ４０を直接チップ搭載部４５に実装し
てもよい。

【００３１】また、モニタ用受光素子５０および信号処
理回路５２も、ヒートシンク用シリコン基板４１とは別
のシリコン基板に形成してもよい。

【００３２】〔実施の形態２〕次に本発明の第２の実施
の形態における半導体レーザ装置について、図４の断面
図を参照しながら説明する。図において、４０は半導体
レーザチップ、４１はヒートシンク用シリコン基板、４
２は枠体、４３は外部リード、４６はレーザ出射光、４
８は保護板、５１は光検出回路、５３は入射する信号
光、５４はホログラム光学素子、５５はビームスプリッ
ト用ホログラムパターン、５６は３ビーム発生用グレー
ティングパターン、５７は回折光である。

【００３３】このように出射するレーザ出射光４６およ
び入射する信号光５３をホログラム光学素子５４で制御
することにより、光ピックアップ装置に用いて優れた性
能を発揮する半導体レーザ装置を実現できる。

【００３４】次に、本実施の形態の半導体レーザ装置を
光ピックアップ装置に適用した例について、図５を参照
しながら説明する。図において、５８は図４に示す半導
体レーザ装置であり、図１９に示す従来の光ピックアッ
プ装置と同じ構成要素には同じ符号を付した。

【００３５】本実施の形態の光ピックアップ装置が図１
９に示す従来例と異なる点は、図１９に示すビームスプ
リッタ２５、３ビーム発生用グレーティング２６、半導
体レーザ装置２７、および受光素子２８が半導体レーザ
装置５８に集積化されている点である。このようにして
光ピックアップ装置の光学部品点数を、半導体レーザ装
置５８、反射鏡２４、および対物レンズ２２の三点に削
減でき、ピックアップの小型・薄型化が容易に実現でき
る。しかも、各光学部品間の位置合わせがすでに半導体
レーザ装置５８でなされているため、半導体レーザ装置
５８を光ピックアップ装置に組み込む際の精度許容範囲
が大幅に緩和されるだけでなく、組立工数が減り、低コ
スト化も実現できる。なお、従来の構造では、各光学部
品の組み込みに対して厳しい精度が要求されており、そ
のために調整工程において工数がかかる上に、光ピック
アップ装置全体の小型化が妨げられていた。

【００３６】次に、本実施の形態の半導体レーザ装置を
光磁気ディスク用の光ピックアップ装置に適用した例に
ついて、図６を参照しながら説明する。図において、５
８は図４に示す半導体レーザ装置、５９は偏光ビームス
プリッタ、６０はウオラストンプリズムや回折素子等を
用いた偏光分離手段、６１は受光素子であり、図１９に
示す従来の光ピックアップ装置と同じ構成要素には同じ
符号を付した。

【００３７】以上のように構成された光ピックアップ装
置においては、フォーカスサーボ、トラッキングサーボ
を光ビームの偏光方向によらず半導体レーザ装置５８で
検出し、偏光方向の検出を偏光分離手段６０と受光素子
６１により行っている。

【００３８】本実施の形態の光ピックアップ装置におい
ては、半導体レーザ装置５８に集積される光学素子とし
てホログラム光学素子を用いたが、偏光ビームスプリッ
タ５９や偏光分離手段６０等を半導体レーザ装置５８に
集積することにより、さらに機能の優れた光ピックアッ
プ装置を実現できる。

【００３９】なお、図４に示す半導体レーザ装置の枠体
４２の高さを精度よく作製することにより、他の光学部
品を枠体４２の上に置くだけで高さ方向の精度を出すこ
とができるので、光ピックアップ装置の組立やその調整
がきわめて容易となる。また、枠体４２の形状および精
度は使用する金型および樹脂材料で決まるが、金型設計
の自由度が高いため、半導体レーザ装置を実装する相手
部材により形状を最適化することは容易である。

【００４０】〔実施の形態３〕次に、本発明の第３の実
施の形態における半導体レーザ装置について、図７を参
照しながら説明する。図７の（ａ）は第３の実施の形態
の上面図、（ｂ）はその断面図、（ｃ）は組立工程にお
ける上面図である。これらの図において、４２は枠体、
４３は外部リード、４４はリードフレーム、４５はチッ
プ搭載部、４８は保護板、６２は端面発光型の半導体レ
ーザチップ、６３は４５゜反射鏡付きのヒートシンク用
シリコン基板である。

【００４１】このようなヒートシンク用シリコン基板６
３は、次のようにして作製される。まず、主面が（１０
０）面であるシリコン基板の主面を選択的に異方性エッ
チングし、斜面が（１１１）面のＶ状溝を形成する。こ
の斜面は主面に対して４５゜の角度をなすので、Ｖ状溝
の一方の側をエッチして半導体レーザチップ４０を取り
付ける平坦部を形成することにより、４５゜反射鏡付き
のヒートシンク用シリコン基板６３が得られる（特開平
４−１９６１８９号公報参照）。

【００４２】これらの図に示すように、チップ搭載部４
５にヒートシンク用シリコン基板６３が搭載されてお
り、その上に半導体レーザチップ６２が搭載されてい
る。この半導体レーザチップ６２は、端面発光型である
ため、レーザ光が出射する端面を４５゜反射鏡の方へ向
けて実装する。このような構造にすることにより、レー
ザ出射光４６の通過する方向を除く他の方向がすべて外
枠４２および保護板４８で保護されるため、保護パッケ
ージとしての機能は十分に果たしており、しかも外部リ
ード４３は枠体４２および保護板４８により固定されて
いるため、リードフレーム４４から個々の半導体レーザ
装置を切り出した後も外れることなく、パッケージとし
て安定である。

【００４３】また、図１８に示す従来例では、レーザ出
射光４６が透明樹脂１６を通過することによる透明樹脂
１６の黄変劣化等でレーザ出射光の特性が変化するとい
う問題があったが、本実施の形態の構造ではこのような
問題も解決できる。さらに、半導体レーザチップ４０が
直接封止樹脂と接することがないため、応力による半導
体レーザチップ４０自体の劣化の問題もなくすことがで
きる。

【００４４】なお、本実施の形態においては、枠体４２
の材料として樹脂を用いているが、外部リード４３間の
絶縁が確保できる材料であれば、たとえばガラス材料や
セラミック材料等でもよく、セラミック材料であればさ
らに強度を向上できる。

【００４５】図８は本実施の形態の半導体レーザ装置の
上に光学平板４９を取り付けた例を示している。図８に
示すように、レーザ出射光４６が通過する方向の面にレ
ーザ出射光４６を透過するガラスや樹脂等からなる光学
平板４９を配置することにより、この方向も保護される
ことになり、耐環境特性が向上する。

【００４６】図９（ａ），（ｂ）は信号処理回路等を形
成したヒートシンク用シリコン基板を用いた半導体レー
ザ装置の断面図である。これらの図において、４２は枠
体、４３は外部リード、４６はレーザ出射光、４８は保
護板、５３は信号光、６２は半導体レーザチップ、６４
はヒートシンク用シリコン基板、６５は半導体レーザチ
ップ６２の後方から出射されるレーザ光を検出するモニ
タ用受光素子、６６はヒートシンク用シリコン基板、６
７は信号処理回路である。

【００４７】図９（ａ）は４５゜反射鏡付きのヒートシ
ンク用シリコン基板６４に半導体レーザチップ６２の後
方から出射されるレーザ光を受光するモニタ用受光素子
６５が形成されている例を示している。また、図９
（ｂ）はヒートシンク用シリコン基板６６にモニタ用受
光素子６５および信号処理回路６７が形成されている例
を示している。

【００４８】なお図９（ａ），（ｂ）に示す例では、ヒ
ートシンク用シリコン基板６４、６６に多くの信号処理
回路を形成すればするほど外部リード４３の数が増大
し、図１５に示す従来例の構造では処理できない。すな
わち、現在の９ｍｍ径の半導体レーザ装置用のステム４
では、絶縁材料８が約１ｍｍ径を占めるため、少なくと
も２ｍｍ間隔の電極配置しか実現できず、逆に２０本の
電極端子を必要とする場合には、ステム４の径は１３〜
１５ｍｍになる。一方、本実施の形態では、リードフレ
ーム技術がそのまま使えるため、０.３〜０.４ｍｍ間隔
で外部リード４３を配置することができ、四角形のパッ
ケージの対向する２方向から外部リード４３を取り出す
とすると４〜５ｍｍ角のパッケージでよく、非常に小型
化が実現できる。さらに図１５に示す従来のパッケージ
では、電極端子７の引き出し方向がステム４の面に垂直
であり、三次元的に大きな容積を占めていたのに対し、
本実施の形態の半導体レーザ装置では外部リード４３の
引き出し方向を含めて全てが平面的に構成されており、
パッケージの薄型化という点でも効果がある。

【００４９】〔実施の形態４〕次に本発明の第４の実施
の形態における半導体レーザ装置について、図１０の断
面図を参照しながら説明する。図において、４２は枠
体、４３は外部リード、４８は外部リード４３の下部に
配置された保護板、４６はレーザ出射光、５３は入射す
る信号光、５４はホログラム光学素子、５５はビームス
プリット用ホログラムパターン、５６は３ビーム発生用
グレーティングパターン、５７は回折光、６２は端面発
光型の半導体レーザチップ、６６は４５゜反射鏡付きの
ヒートシンク用シリコン基板、６７はヒートシンク用シ
リコン基板６６に形成された信号処理回路である。

【００５０】以上のように構成された半導体レーザ装置
においては、レーザ出射光４６および信号光５３をホロ
グラム光学素子５４で制御することにより、優れた性能
を発揮する半導体レーザ装置を実現できる。このような
半導体レーザ装置を図５または図６に示す光ピックアッ
プ装置における半導体レーザ装置５８の代わりに使用し
て、小型でより機能的に優れた光ピックアップ装置を実
現できる。

【００５１】〔実施の形態５〕次に本発明の第５の実施
の形態における半導体レーザ装置について、図１１の断
面図を参照しながら説明する。図において、４２は枠
体、４３は外部リード、４８は外部リード４３の下部に
配置された保護板、４６はレーザ出射光、５３は信号
光、５４はホログラム光学素子、５５はビームスプリッ
ト用ホログラムパターン、５６は３ビーム発生用グレー
ティングパターン、５７は回折光、６２は端面発光型の
半導体レーザチップ、６６は４５゜反射鏡付きのヒート
シンク用シリコン基板、６７はヒートシンク用シリコン
基板６６に形成された光検出回路、６８は電流−電圧変
換回路を形成したシリコン基板である。すなわち、本実
施の形態は、図１０に示す第４の実施の形態における、
ヒートシンク用シリコン基板６６に形成されていた信号
処理回路６７の一部分をなす光検出回路からの電流信号
を電圧信号に増幅変換する電流−電圧変換回路を、別の
シリコン基板６８に形成し、このシリコン基板６８とヒ
ートシンク用シリコン基板６６とを同一リードフレーム
に実装したものである。

【００５２】図１０に示す半導体レーザ装置を光ピック
アップ装置に用いる場合、そのアクチュエータ部分の磁
気回路から発生する電磁波により、光検出信号に雑音が
発生する。したがって、微弱な電流信号を比較的大きな
電圧信号に増幅変換することにより、信号のＳ／Ｎ比が
向上し、より機能的に優れた光ピックアップ装置を得る
ことができる。

【００５３】なお、本実施の形態においては、光検出回
路はヒートシンク用シリコン基板に、電流−電圧変換回
路は別の半導体基板に形成しているが、光検出回路また
は一切の信号処理回路を、電流−電圧変換回路を形成し
たシリコン基板６８に形成してもよい。このように信号
処理回路として電流−電圧変換回路以外に増幅回路、演
算回路、ＤＡ変換回路、レーザ駆動回路等が形成されて
いれば、より機能的に優れた光ピックアップ装置を実現
できる。

【００５４】また、本実施の形態では、端面発光型の半
導体レーザチップ６２を反射鏡を備えたヒートシンク用
シリコン基板６６に実装した例を示したが、直接上方へ
光を出射できる面発光型の半導体レーザチップを用いた
場合は反射鏡は不要である。

【００５５】〔実施の形態６〕次に本発明の第６の実施
の形態における半導体レーザ装置について、図１２を参
照しながら説明する。図１２の（ａ）は第６の実施の形
態の上面図、（ｂ）はその一部変形例の上面図である。
これらの図において、４２は枠体、４３は外部リード、
４５はチップ搭載部、６２は面発光型の半導体レーザチ
ップ、６６はヒートシンク用シリコン基板、６７は信号
処理回路、６９はチップ搭載部４５から延長された放熱
板である。

【００５６】これらの図に示す実施の形態は、いずれ
も、半導体レーザチップ６２で発生する熱を逃がす熱伝
導経路として放熱板６９を設けたものである。

【００５７】図１２（ａ）に示す実施の形態では、放熱
板６９が外部リード４３の引き出し方向に対して直角方
向に引き出されており、図１２（ｂ）に示す実施の形態
では、放熱板６９が外部リード４３と同じ方向に引き出
されている。

【００５８】図１３（ａ）は図１２（ａ）に示す半導体
レーザ装置を組み込んだ光ピックアップ装置の概略分解
斜視図、図１３（ｂ）は図１２（ｂ）に示す半導体レー
ザ装置を組み込んだ光ピックアップ装置の概略分解斜視
図である。

【００５９】これらの図において、６９は放熱板、７０
は半導体レーザ装置、７１は半導体レーザ装置７０を取
り付ける回路基板、７２は光ピックアップ装置のフレー
ム、７３はフレーム７２に設けられた窓である。

【００６０】光ピックアップ装置の組立は、まず半導体
レーザ装置７０を回路基板７１に取付け、次に半導体レ
ーザ装置７０を窓７３に一致させて回路基板７１をフレ
ーム７２に取り付ける。このとき放熱板６９は熱容量の
大きいフレーム７２や図には示していないが他の放熱手
段（たとえばペルチェ素子、放熱フィン等）にビス留
め、半田付けまたは高熱伝導性接着材により取り付けら
れ、半導体レーザチップ６２からの熱を効率よく逃が
す。このように放熱板６９を設けることにより半導体レ
ーザチップ６２を室温に近い状態に維持できるため、信
頼性を大幅に向上できる。

【００６１】たとえば、枠体４２の絶縁材料として樹脂
を用い、放熱板６９を設けない場合、熱抵抗は約５００
℃／Ｗとなる。すなわち、半導体レーザチップ６２の発
熱量を０.１Ｗとすると素子温度が約５０℃上昇するこ
とになり、室温２５℃で動作させた場合、半導体レーザ
チップ６２の接合温度が７５℃になることを意味してい
る。半導体レーザチップ６２の保証温度が約６０〜７０
℃であることを考えると、このパッケージでは実用化で
きない。

【００６２】一方、本実施の形態に示すように、材料と
して銅（０.２ｍｍ厚）を用い、長さ１０ｍｍ、幅３ｍ
ｍの放熱板６９を構成した場合、熱抵抗は約４０℃／Ｗ
となる。この値は、これまで一般に用いられてきた図１
５に示す５.６ｍｍ径の半導体レーザ装置の熱抵抗約６
０℃／Ｗよりも優れており、信頼性上非常に優れたパッ
ケージを実現できる。

【００６３】〔実施の形態７〕次に本発明の第７の実施
の形態における半導体レーザ装置について、図１４を参
照しながら説明する。図１４の（ａ）は第７の実施の形
態の断面図、（ｂ）はその一部変形例の断面図である。
これらの図において、４２は枠体、４３は外部リード、
４５はチップ搭載部、４６はレーザ出射光、４８は保護
板、６２は端面発光型の半導体レーザチップ、６６はヒ
ートシンク用シリコン基板、７４は放熱板、７５は放熱
フィンである。

【００６４】図１２（ａ），（ｂ）に示す第６の実施の
形態ではチップ搭載部４５から幅広のリードを引き出し
て熱伝導経路としていたが、図１４（ａ）に示す実施の
形態では、チップ搭載部４５の裏面を露出させておき、
その部分を含んで金属膜を形成して放熱板７４としてい
る。さらに図１４（ｂ）に示す実施の形態では、チップ
搭載部４５の裏面を露出させておき、その部分に直接一
部を当接させて放熱フィン７５を取り付けて空気との接
触面積を大きくし、さらに放熱効果を高めている。

【００６５】〔実施の形態８〕次に本発明の第８の実施
の形態における半導体レーザ装置について、図２０を参
照しながら説明する。図２０の（ａ）は同実施の形態の
上面図、（ｂ）は同実施の形態を一部変形した半導体レ
ーザ装置の上面図、（ｃ）は（ｂ）に示した変形例の断
面図である。図において、１０１は枠体４２の外周部に
おける円筒形状を表している。

【００６６】本半導体レーザ装置は、特に図４、図１０
および図１１に示すように光学素子をも集積する場合
に、半導体レーザ装置全体の回転調整が必要とされるこ
とがある。

【００６７】図１３に示すような実装をする場合、半導
体レーザ装置を図２０（ａ）に示すように枠体の外周を
円筒形状とし、フレーム側の窓７３を半導体レーザ装置
７０側の円筒形状１０１と同じ曲率の円筒窓にすること
により、半導体レーザ装置７０をフレーム窓７３にはめ
込んだ後、容易に回転調整できるようになる。

【００６８】なお、このとき枠体４２の円筒形状は半導
体レーザ装置の発光点を概略中心とする円筒形状である
ことが望ましい。

【００６９】図２０（ｂ）に示す装置においては、枠体
４２の外周部の円筒形状が枠体４２の一部より構成され
ている。図２０（ａ）の構造と同様に円筒窓にはめ込む
ことにより半導体レーザ装置自体の回転調整が容易にな
るとともに、円筒窓にはめ込むときに当たり面１０２が
あるため、円筒窓に電極があたることのないようにはめ
込むことができる。また、半導体レーザ装置の実装時の
基準面にもなる。そして、光学素子１０３を円筒形状内
部に配置することができ、光学素子の保護、固定をする
上でも、有効である。

【００７０】〔実施の形態９〕次に本発明の第９の実施
の形態における半導体レーザ装置について、図２１を参
照しながら説明する。図２１の（ａ）は上面図、（ｂ）
は断面図である。図において、１０４は位置規正用の凸
部または凹部である。

【００７１】このように枠体の一部に凸部または凹部を
設けることにより、半導体レーザ装置の実装時に凸部ま
たは凹部に適合した治具によって、位置規正および位置
調整、ならびに回転調整を容易に行うことができるよう
になる。

【００７２】〔実施の形態１０〕次に本発明の第１０の
実施の形態における半導体レーザ装置について、図２２
を参照しながら説明する。図２２の（ａ）は上面図、
（ｂ）は断面図である。図において、１０５は枠体４２
上の電極パターンである。

【００７３】このように枠体上の電極パターン１０５と
半導体レーザおよびシリコンチップ上の電極とが金属細
線で接続され、枠体４２上の電極パターン１０５は枠体
４２の表面または内部を通って枠体外側表面まで引き回
されており、ここで外部リード４３と接続されている。
枠体４２の中央貫通部の下側は外部リードの半導体レー
ザ搭載部１０６により気密に保持されており、保護板４
８がなくても気密性が確保できるようになる。

【００７４】保護板４８をなくすことで、半導体レーザ
から発生する熱が金属からなる外部リードの半導体レー
ザ搭載部１０６に直接に達するため、保護板４８による
熱抵抗上昇がなくなり、放熱性の点でも非常に効果があ
る。

【００７５】また、枠体上の電極パターン１０５を介し
て半導体レーザおよびシリコンデバイスの電極が外部リ
ードに取り出せるため、本デバイスをたとえばフレキシ
ブル基板に結線する作業が行いやすくなるという効果も
ある。

【００７６】

【発明の効果】本発明は、チップ搭載部に半導体レーザ
チップを実装し、チップ搭載部を囲んで設けた外部リー
ド上の接続点と半導体レーザチップの電極とを接続し、
かつチップ搭載部および外部リード上の接続点を囲んで
絶縁材料からなる枠体を設けた構成により、次のような
効果を有する優れた半導体装置および光ピックアップ装
置を実現できるものである。

【００７７】（１）樹脂モールドすることなくリードフ
レームに実装した半導体レーザチップを保護することが
できる。

【００７８】（２）樹脂モールドすることなくリードフ
レームから半導体レーザ装置を個別に切り出した後も外
部リードが外れることなく固定されている。

【００７９】（３）樹脂モールドしないので、樹脂モー
ルドに起因する問題すなわち樹脂の黄変による半導体レ
ーザ装置の光出力特性劣化や応力による半導体レーザチ
ップ劣化等の問題がない。

【００８０】（４）樹脂モールドすることなく半導体レ
ーザチップをリードフレームに実装するため、取扱いが
容易で工数がかからず、材料コストも安くなり、安価で
信頼性の高い半導体レーザ装置を実現できる。

【００８１】（５）リードフレームの外枠の高さを精度
よく作製することにより、光学素子を外枠の上部に置く
だけで高さ方向の精度が確保できる。

【００８２】（６）外枠は金型を用いて作製でき、金型
の設計自由度が非常に高いため、本発明の半導体レーザ
装置を実装する相手部材により外枠の形状を最適化する
ことが容易である。

【００８３】（７）放熱板や放熱フィンをリードフレー
ム製造時に形成するか、または最終的にパッケージの裏
面に取り付けることにより、パッケージの熱抵抗が減少
し、半導体レーザチップから発生する熱を効率よく逃が
すことができ、信頼性の高い半導体レーザを実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施の形態における半
導体レーザ装置の上面図 （ｂ）は同半導体レーザ装置の断面図 （ｃ）は組立工程における同半導体レーザ装置の上面図

【図２】本発明の第１の実施の形態における保護用の光
学平板を取り付けた半導体レーザ装置の断面図

【図３】（ａ）はヒートシンク用シリコン基板にモニタ
用受光素子が形成された半導体レーザ装置の断面図 （ｂ）はヒートシンク用シリコン基板に信号処理回路が
形成された半導体レーザ装置の断面図

【図４】本発明の第２の実施の形態における半導体レー
ザ装置の断面図

【図５】本発明の第２の実施の形態における光ピックア
ップ装置の構成図

【図６】本発明の第２の実施の形態における光ピックア
ップ装置の構成図

【図７】（ａ）は本発明の第３の実施の形態における半
導体レーザ装置の上面図 （ｂ）は同半導体レーザ装置の断面図 （ｃ）は組立工程における同半導体レーザ装置の上面図

【図８】本発明の第３の実施の形態における保護用の光
学平板を取り付けた半導体レーザ装置の断面図

【図９】（ａ）は回路を形成したヒートシンク用シリコ
ン基板を用いた半導体レーザ装置の一例を示す断面図 （ｂ）は同半導体レーザ装置の他の例を示す断面図

【図１０】本発明の第４の実施の形態における半導体レ
ーザ装置の断面図

【図１１】本発明の第５の実施の形態における半導体レ
ーザ装置の断面図

【図１２】（ａ）は本発明の第６の実施の形態における
半導体レーザ装置の上面図 （ｂ）は同じ第６の実施の形態における半導体レーザ装
置の一部を変形した例を示す上面図

【図１３】（ａ）は第６の実施の形態の半導体レーザ装
置を組み込んだ光ピックアップ装置の分解斜視図 （ｂ）は同光ピックアップ装置の一部を変形した例を示
す分解斜視図

【図１４】（ａ）は本発明の第７の実施の形態における
半導体レーザ装置の断面図 （ｂ）は同半導体レーザ装置の一部を変形した例を示す
断面図

【図１５】従来の半導体レーザ装置の分解斜視図

【図１６】半導体素子の実装に用いられているリードフ
レームの平面図

【図１７】樹脂封止された従来の半導体レーザ装置の斜
視図

【図１８】金属ステムの上部分を透明樹脂で封止した従
来の半導体レーザ装置の断面図

【図１９】従来の光ピックアップ装置の概略構成図

【図２０】（ａ）は本発明の第８の実施の形態における
半導体レーザ装置の上面図 （ｂ）は同半導体レーザ装置の一部を変形した例を示す
上面図 （ｃ）は（ｂ）に示した同半導体レーザ装置の断面図

【図２１】（ａ）は本発明の第９の実施の形態における
半導体レーザ装置の上面図 （ｂ）は同半導体レーザ装置の断面図

【図２２】（ａ）は本発明の第１０の実施の形態におけ
る半導体レーザ装置の上面図 （ｂ）は同半導体レーザ装置の断面図

【符号の説明】

４０ 半導体レーザチップ ４１ ヒートシンク用シリコン基板 ４２ 樹脂製の枠体 ４３ 外部リード ４４ リードフレーム ４５ チップ搭載部 ４６ レーザ出射光 ４７ 金属細線 ４８ 保護板 ４９ 光学平板 ５０ モニタ用受光素子 ５１ 光検出回路 ５２ 信号処理回路 ５３ 信号光 ５４ ホログラム光学素子 ５５ ビームスプリット用ホログラムパターン ５６ ３ビーム発生用グレーティングパターン ５７ 回折光 ５８ 半導体レーザ装置 ５９ 偏光ビームスプリッタ ６０ 偏光分離手段 ６１ 受光素子 ６２ 端面発光型の半導体レーザチップ ６３ ヒートシンク用シリコン基板 ６４ ヒートシンク用シリコン基板 ６５ モニタ用受光素子 ６６ ヒートシンク用シリコン基板 ６７ 信号処理回路 ６８ 電流−電圧変換回路を形成したシリコン基板 ６９ 放熱板 ７０ 半導体レーザ装置 ７１ 回路基板 ７２ フレーム ７３ 窓 ７４ 放熱板 ７５ 放熱フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永井 秀男 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内 (72)発明者 吉川 昭男 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子を搭載したチップ搭載
   部と、前記チップ搭載部を囲む枠体と、前記枠体の上に
   形成されかつチップ搭載部を挟んで対向する２つの凸起
   とを有する半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記２つの凸起の前記チップ搭載部とは
   逆側の側面に円筒面が形成された請求項１記載の半導体
   レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記凸起からみて前記チップ搭載部とは
   逆側の前記枠体の底面の高さが前記電極の表面の高さよ
   りも高い請求項１記載の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 半導体レーザ素子を搭載したチップ搭載
   部と、前記チップ搭載部を囲む枠体とを有し、前記チッ
   プ搭載部の前記半導体レーザ素子を搭載した面とは逆側
   の前記枠体上に凹部が設けられた半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記凹部が２つあり、それぞれの凹部を
   結ぶ線分上にチップ搭載部を有する請求項４記載の半導
   体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記凹部内に凸部を設けた請求項４記載
   の半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 半導体レーザ素子を搭載したチップ搭載
   部と、前記チップ搭載部を囲みかつ内側面の一部に段差
   部を設けた枠体と、前記内側面に設けた段差部の底面上
   に載置された光学素子とを有する半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 前記枠体の外側面の一部に円筒面が形成
   された請求項７記載の半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 前記半導体レーザ素子に導線が接続さ
   れ、かつ前記段差部の底面の高さが前記導線の最大高よ
   りも高い請求項７記載の半導体レーザ装置。
10. 【請求項１０】 外側面の一部に円筒面が形成され、前
    記外側面より内側に半導体レーザ素子を搭載したチップ
    搭載部が設けられ、かつ前記外側面の外側に前記チップ
    搭載部に対して平行な面を有する段差部が形成されたパ
    ッケージを有する半導体レーザ装置。