JP2736197B2 - Package for optical semiconductor device - Google Patents

Package for optical semiconductor device

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子等の
光半導体素子用パッケージに関し、特に光ディスクプレ
ーヤなどの光ピックアップに使用して有用なものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a package for an optical semiconductor device such as a semiconductor laser device, and more particularly to a package useful for an optical pickup such as an optical disk player.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の光半導体素子用パッケージとして
は、例えば図5(a),(b)の平面図及び側面図に示
すような半導体レーザ用パッケージがある。この半導体
レーザ素子51のパッケージは、パッケージ内の金属製
ブロック(ヒートシンク)52に半導体レーザチップ5
3をダイボンドし、これらを覆うようにレーザ照射用の
窓ガラス54を備えた金属製のキャップ55を、基準面
56を設けた金属製ステム57に電気熔接し、外部雰囲
気とキャップ55内を遮断している。半導体レーザチッ
プ53は、ハーメチックシールによりキャップ55内と
の気密を保ちつつステム57を貫きパッケージ外部に引
き出された電極ピン58,58に、ワイヤボンディング
により電気的接続されている。
2. Description of the Related Art As a conventional package for an optical semiconductor device, there is, for example, a package for a semiconductor laser as shown in plan views and side views of FIGS. 5 (a) and 5 (b). The package of the semiconductor laser element 51 is formed by mounting a semiconductor laser chip 5 on a metal block (heat sink) 52 in the package.
3 is die-bonded, and a metal cap 55 provided with a window glass 54 for laser irradiation so as to cover them is electrically welded to a metal stem 57 provided with a reference surface 56 to shut off the outside atmosphere and the inside of the cap 55. doing. The semiconductor laser chip 53 is electrically connected by wire bonding to the electrode pins 58, 58 which penetrate the stem 57 and are drawn out of the package while hermetically sealing the inside of the cap 55 by a hermetic seal.

【0003】一般に、半導体レーザ素子は単独では用い
られず、レンズ等の光学部品と組み合わせて用いられ
る。例えば、図6の概略図に示すような光ディスク用の
ピックアップに使用した際、レンズ59のf値等の設計
値によって、光源である半導体レーザ素子51の発光点
位置が決定されるが、図5のように、パッケージ内の半
導体レーザチップ53の位置を直接測ることができな
い。そこで、パッケージ外面のある位置と半導体レーザ
チップ53との位置関係を保証するため、パッケージに
は前記のような基準面56が設けられている。
Generally, a semiconductor laser device is not used alone, but is used in combination with an optical component such as a lens. For example, when used in an optical disk pickup as shown in the schematic diagram of FIG. 6, the light emitting point position of the semiconductor laser element 51 as a light source is determined by the design value such as the f-number of the lens 59. As described above, the position of the semiconductor laser chip 53 in the package cannot be directly measured. Therefore, in order to guarantee the positional relationship between a certain position on the outer surface of the package and the semiconductor laser chip 53, the package is provided with the reference surface 56 as described above.

【0004】すなわち、図5はTO−18のパッケージ
を使用した例であるが、金属製ステム57に基準面56
が設けられ、基準面56上からの半導体レーザチップ5
3の発光点位置及び基準面56の外径中心と発光点位置
がある公差をもって保証されている。このため、図6に
示すように、光ピックアップのハウジング60に半導体
レーザ素子51を取り付けることで、レンズ59等との
光学的位置が容易に決定できる。
That is, FIG. 5 shows an example in which a TO-18 package is used.
Is provided, and the semiconductor laser chip 5 from above the reference plane 56 is provided.
The light emitting point position of No. 3 and the center of the outer diameter of the reference surface 56 and the light emitting point position are guaranteed with a certain tolerance. Therefore, as shown in FIG. 6, by attaching the semiconductor laser element 51 to the housing 60 of the optical pickup, the optical position with respect to the lens 59 and the like can be easily determined.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
半導体レーザ用のパッケージでは、金属製ステム57を
使用しているため各電極ピン58,58をハーメチック
シールにより電気的に絶縁する必要があり、この絶縁部
がパッケージの小型化の際の障害となっている。特に半
導体レーザチップ等の発光素子のみならず、光学素子と
集積回路(IC)と組み合わせたOEICを内蔵したパ
ッケージや、半導体レーザチップと光ディスクの信号読
み取り用フォトダイオードを1つのパッケージに内蔵し
たホログラムレーザユニットにおいては、電極ピン数が
増え、パッケージが大型化し、光ピックアップ等の薄
型、軽量化の障害となる。
However, since the conventional semiconductor laser package uses the metal stem 57, it is necessary to electrically insulate the electrode pins 58, 58 by a hermetic seal. This insulating part is an obstacle when miniaturizing the package. In particular, not only a light emitting element such as a semiconductor laser chip, but also a package containing an OEIC combined with an optical element and an integrated circuit (IC), or a hologram laser containing a semiconductor laser chip and a photodiode for reading a signal from an optical disk in one package. In the unit, the number of electrode pins increases, the package becomes large, and it becomes an obstacle to a thin and lightweight optical pickup or the like.

【0006】本発明は上記点に鑑みてなされ、ステム材
料にセラミックを用いることにより光半導体素子用パッ
ケージを小型化し、光ピックアップの薄型、軽量化を図
り、またパッケージの基準面として金属板を取り付ける
ことにより、光学素子の位置合わせを容易にできる光半
導体素子用パッケージを提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and has been made to reduce the size of an optical semiconductor device package, reduce the thickness and weight of an optical pickup by using ceramic as a stem material, and attach a metal plate as a reference surface of the package. Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical semiconductor element package that can easily align an optical element.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、光半導体素子
チップを内蔵し外部雰囲と遮断する光半導体素子用のパ
ッケージであって、メタライズによる配線電極を形成し
たセラミック材料からなるステムを有し、このステムの
裏面にパッケージの基準面となる金属板を取り付けてな
ることを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a package for an optical semiconductor device which has a built-in optical semiconductor device chip and which is shielded from the outside atmosphere. The package has a stem made of a ceramic material having metallized wiring electrodes. In addition, a metal plate serving as a reference surface of the package is attached to the back surface of the stem.

【0008】[0008]

【作用】このように本発明のパッケージは、半導体レー
ザチップ等の光半導体チップをダイボンドにより固定す
るステム部において、ステム自体をセラミックの放熱性
の良い電気絶縁材料としており、メタライズによるセラ
ミック表面への微細なめっき配線が行え、従来のような
金属製パッケージでの絶縁部を必要としないため、パッ
ケージの小型化が行える。またセラミックは焼成工程を
経るため収縮し、金属製ステムに比べ公差が大きくな
り、基準面形成部としては不適当である。このため本発
明では、基準面としての金属板を取り付けており、これ
によって半導体レーザチップの位置精度を出し、他の光
学素子との位置合わせを容易に行うことができる。
As described above, in the package of the present invention, the stem itself is used as an electrically insulating material having good heat dissipation properties of the ceramic in the stem for fixing the optical semiconductor chip such as the semiconductor laser chip by die bonding. Since fine plating wiring can be performed and an insulating portion in a conventional metal package is not required, the size of the package can be reduced. Further, the ceramic shrinks due to the firing step, and has a larger tolerance than a metal stem, and is not suitable as a reference surface forming portion. For this reason, in the present invention, the metal plate as the reference surface is attached, thereby increasing the positional accuracy of the semiconductor laser chip and easily aligning the semiconductor laser chip with other optical elements.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明の光半導体素子用パッケージを
用いたホログラムレーザユニットの実施例であり、同図
(a)は上部からの斜視図、同図(b)は下部からの斜
視図である。また図2は内部構造を示す断面図である。
1 shows an embodiment of a hologram laser unit using an optical semiconductor device package according to the present invention. FIG. 1 (a) is a perspective view from above and FIG. 1 (b) is a perspective view from below. It is. FIG. 2 is a sectional view showing the internal structure.

【0010】パッケージは、セラミックステム1と基準
面用の金属板2を含んでなる。基準面用の金属板2はセ
ラミックステム1の裏面においてろう材に等より固定さ
れたものである。
The package includes a ceramic stem 1 and a metal plate 2 for a reference surface. The reference surface metal plate 2 is fixed to the back surface of the ceramic stem 1 by brazing material or the like.

【0011】セラミックステム1上には、金属製のブロ
ック(ヒートシンク)3がろう材例えばAuSi等で固
定され、このブロック3に半導体レーザチップ4、レー
ザ出射光モニター用PINダイオード5、及び光ディス
クからの戻り光を受光する信号読み取り用フォトダイオ
ード6がそれぞれダイボンドされている。上記各光学半
導体チップ4,5,6は、それぞれワイヤボンド7によ
りセラミックステム1に形成している表面電極8に電気
的に接続される。表面電極8はメタライズにより施され
たものであり、細ピッチの電極形成が可能である。また
セラミックステム1は、表面電極8と接続されるスルー
ホール9が形成されるとともに、裏面で各スルーホール
9部でろう付けされるリードフレーム10を有してお
り、各光学半導体チップ4,5,6の電気的端子はこれ
らによりパッケージ外に導出される。
On the ceramic stem 1, a metal block (heat sink) 3 is fixed with a brazing material, for example, AuSi or the like, and the semiconductor laser chip 4, the PIN diode 5 for monitoring the laser emission light, and the optical disk from the optical disk. The signal reading photodiodes 6 for receiving return light are die-bonded. Each of the optical semiconductor chips 4, 5, 6 is electrically connected to a surface electrode 8 formed on the ceramic stem 1 by a wire bond 7. The surface electrode 8 is provided by metallization, and an electrode with a fine pitch can be formed. The ceramic stem 1 has a lead frame 10 formed with a through hole 9 connected to the front surface electrode 8 and brazed at the through hole 9 on the back surface. , 6 are led out of the package by these.

【0012】セラミックキャップ11はレーザ出射用の
窓ガラス12を備えてなり、エポキシ系樹脂材によりセ
ラミックステム1に接着して各光学半導体チップ4,
5,6を覆い、外部雰囲気とキャップ11内を遮断して
いる。光回析用のホログラム素子13はキャップ11上
に調整・固定され、これによりホログラムレーザユニッ
トを構成する。
The ceramic cap 11 is provided with a window glass 12 for emitting laser light, and is bonded to the ceramic stem 1 with an epoxy resin material so that each of the optical semiconductor chips 4,
5 and 6 are covered to shield the outside atmosphere from the inside of the cap 11. The hologram element 13 for light diffraction is adjusted and fixed on the cap 11, thereby constituting a hologram laser unit.

【0013】図3は上記ホログラムレーザユニットを用
いて光ピックアップを組み立てた場合であり、セラミッ
クステム1にろう材等により固定された金属板2が、ユ
ニット14内の半導体レーザチップ4(図1,2参照)
の発光点位置を示す基準面15として機能しており、ユ
ニット14すなわちユニット内の半導体レーザチップ4
とコリメートレンズ16等の光学部品との位置合わせが
容易に行える。また、図1(b)に明示されるように、
金属板2の外径中心“0”と半導体レーザチップ4の発
光点位置が一致するように、半導体レーザチップ4をダ
イボンドしているため、ホログラムレーザユニット14
を光ピックアップへ組み込む際には回転調整が容易に行
える。
FIG. 3 shows a case where an optical pickup is assembled using the above-mentioned hologram laser unit. A metal plate 2 fixed to a ceramic stem 1 by a brazing material or the like includes a semiconductor laser chip 4 (FIG. 1, FIG. 2)
Function as a reference plane 15 indicating the light emitting point position of the semiconductor laser chip 4 in the unit 14
And the optical components such as the collimating lens 16 can be easily aligned. Also, as clearly shown in FIG.
Since the semiconductor laser chip 4 is die-bonded so that the outer diameter center “0” of the metal plate 2 matches the light emitting point position of the semiconductor laser chip 4, the hologram laser unit 14
When the optical pickup is incorporated into an optical pickup, the rotation can be easily adjusted.

【0014】図3の光ピックアップは、レーザ光がホロ
グラム素子13、コリメートレンズ16を通過した後、
ミラー17によりディスク18方向に導かれ対物レンズ
19によりスポットが絞られる。ディスク18からの戻
り光は上記の逆経路を通り、ホログラムレーザユニット
14内の信号読み取り用フォトダイオード6(図1,2
参照)に入射し、信号が読み取られる。
In the optical pickup shown in FIG. 3, after the laser beam passes through the hologram element 13 and the collimating lens 16,
The light is guided toward the disk 18 by the mirror 17 and the spot is narrowed by the objective lens 19. The return light from the disk 18 passes through the above-described reverse path and passes through the signal reading photodiode 6 in the hologram laser unit 14 (FIGS. 1 and 2).
And the signal is read.

【0015】図4は他の実施例を示す要部斜視図であ
る。本例は図1,図2のセラミックステム1上に固定す
る金属製ブロック3の代わりに、AlN等の熱伝導性に
優れた電気絶縁材料からなるブロック20を用いたもの
である。
FIG. 4 is a perspective view of a main part showing another embodiment. In this embodiment, a block 20 made of an electrically insulating material having excellent thermal conductivity such as AlN is used instead of the metal block 3 fixed on the ceramic stem 1 shown in FIGS.

【0016】AlN等の電気絶縁ブロック20には表面
配線20が施され、これに半導体レーザチップ4、信号
読み取り用フォトダイオード6がダイボンド、ワイヤボ
ンドされ電気的接続される。またブロック20は、ろう
材によりセラミックステム1に固定され、各光学半導体
素子の電極端子は先の実施例と同様に、表面電極8,ス
ルーホール9及びリードフレーム10(図2参照)を通
してユニット外に導出される。本例はユニット内部の配
線が絶縁ブロック自信で行えワイヤボンド等の工程を簡
単にできる利点がある。
A surface wiring 20 is provided on an electric insulating block 20 of AlN or the like, and a semiconductor laser chip 4 and a signal reading photodiode 6 are die-bonded and wire-bonded to the electric wiring 20 to be electrically connected thereto. Further, the block 20 is fixed to the ceramic stem 1 by a brazing material, and the electrode terminals of each optical semiconductor element are connected to the outside of the unit through the surface electrodes 8, the through holes 9 and the lead frame 10 (see FIG. 2) as in the previous embodiment. Is derived. This example has the advantage that the wiring inside the unit can be performed by the insulating block itself and the steps such as wire bonding can be simplified.

【0017】[0017]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体レ
ーザチップ等を収める光半導体素子用パッケージにおい
て、従来の金属製ステム部をセラミック材料により構成
しており、メタライズによる細ピッチの電極形成が可能
となり、多数の電極ピンが必要なパッケージに対して小
型設計が行え、また裏面に取り付けている金属板が基準
面として作用し、パッケージ内の半導体レーザチップ等
の光半導体素子チップと、光ピックアップ等のパッケー
ジを収めるハウジング及び他の光学部品等との位置精度
を容易に高めることができる。
As described above, according to the present invention, in a package for an optical semiconductor device accommodating a semiconductor laser chip or the like, a conventional metal stem portion is formed of a ceramic material, and fine pitch electrodes are formed by metallization. This enables a compact design for a package that requires a large number of electrode pins, and a metal plate attached to the back surface acts as a reference surface, allowing the optical semiconductor device chip such as a semiconductor laser chip in the package to The positional accuracy with respect to a housing for accommodating a package such as a pickup and other optical components can be easily increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例のパッケージを示す上部から
の斜視図(a)及び下部からの斜視図(b)である。
FIG. 1 is a perspective view (a) from above and a perspective view (b) from below showing a package according to an embodiment of the present invention.

【図2】同、断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the same.

【図3】光ピックアップとして組み込んだ場合を示す断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a case where the optical pickup is incorporated as an optical pickup.

【図4】他の実施例を示す要部斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of a main part showing another embodiment.

【図5】従来例を示す平面図(a)及び側面図(b)で
ある。
5A and 5B are a plan view and a side view showing a conventional example.

【図6】従来の光ピックアップとして組み込んだ場合を
示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view showing a case where the optical pickup is incorporated as a conventional optical pickup.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 セラミックステム 2 基準面用の金属板 4 半導体レーザチップ 6 信号読み取り用フォトダイオード 8 表面電極 9 スルーホール 10 リードフレーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ceramic stem 2 Metal plate for reference surfaces 4 Semiconductor laser chip 6 Photodiode for signal reading 8 Surface electrode 9 Through hole 10 Lead frame

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 光半導体素子チップを内蔵し外部雰囲と
遮断する光半導体素子用パッケージにおいて、メタライ
ズによる配線電極を形成したセラミック材料からなるス
テムを有し、前記ステムの裏面にパッケージの基準面と
なる金属板を取り付けてなることを特徴とする光半導体
素子用パッケージ。
1. An optical semiconductor device package having an optical semiconductor device chip built therein for shielding an external atmosphere from a surrounding atmosphere. The optical semiconductor device package has a stem made of a ceramic material on which wiring electrodes are formed by metallization. A package for an optical semiconductor device, comprising a metal plate attached thereto.
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