JP3186684B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ装置は、光ディスク、光磁
気ディスク等に対する記録再生の光源等、多方面で実用
されている。

【０００３】通常の半導体レーザ装置においては、その
半導体レーザが、その発光量を検出して半導体レーザの
出力を制御する、すなわち半導体レーザの光出力を自動
制御するモニター用の光検出素子例えばフォトダイオー
ドと共に共通のキャンパッケージ内にシールされる。

【０００４】このようなキャンパッケージシールは、半
導体レーザおよびそのモニター用フォトダイオードに対
する共通の端子を含む例えば３本のリードが導出された
上記半導体レーザおよびフォトダイオードがマウントさ
れるヘッダー上に、これら半導体レーザおよびフォトダ
イオードを覆って半導体レーザからの前方光を導出する
ためのガラス板が封止された窓を有するキャンが配置さ
れて、ヘッダーとキャンとが互いに封着（シール）され
ることによってなされる。

【０００５】このようなキャンパッケージによるシール
は、各部の位置合わせ、そのヘッダーとキャンとのシー
ル作業など組み立て作業が煩雑であるという欠点があ
る。

【０００６】一方、これに対して、図９に示すように、
半導体レーザ光を受光してこれをモニターするモニター
用光検出素子例えばフォトダイオードＰＤを有するシリ
コン等のサブマウント基板１上に半導体レーザＬＤをマ
ウントし、このサブマウント基板１を、例えば樹脂基板
２に貫通して配置した１のリード３上にマウントいわゆ
るダイボンディングし、同様に樹脂基板２に貫通導出さ
せた他のリード３に半導体レーザＬＤおよびフォトダイ
オードＰＤの各電極をリードワイヤー４をもって接続
し、このリードワイヤー４とそのボンディング部を覆っ
て透明の樹脂モールド５を被覆モールドしてシールする
ようにした半導体レーザ装置の提案もなされている。

【０００７】しかしながら、このような樹脂モールド５
によってシールを行う場合、半導体レーザＬＤおよびフ
ォトダイオードＰＤへの樹脂モールド５の硬化時の収縮
その他におけるストレスによる発光特性の劣化、樹脂の
湯流れ、平面度の良否、レーザ光が樹脂モールド体を透
過させることによる収差の発生等、特性劣化および歩留
りの低下をもたらすという問題が生じて来る。また、樹
脂モールド体を構成する樹脂が透明である必要があり、
これに用いる樹脂材料に制約が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述したよ
うに半導体レーザ、更に或る場合は、そのモニター用光
検出素子としての例えばフォトダイオード等からのリー
ド導出がなされた半導体レーザ装置において、その組立
製造の簡易化したがって量産性の向上、更に樹脂モール
ドによる半導体素子すなわち半導体レーザおよびそのモ
ニター用のフォトダイオード等の特性の影響を回避する
ようにした半導体レーザ装置を提供する。

【０００９】すなわち、本発明においては、半導体レー
ザにおいて、必ずしもこれを外気と遮断すべく樹脂モー
ルドあるいはキャンシール等によって包囲しない場合に
おいても、充分高い信頼性が得られ、むしろ、この半導
体レーザ等に直接的に樹脂モールドが施される場合に比
して安定した特性が得られることを見出し、このことに
着目して、上述した諸問題の解決を図った半導体レーザ
装置を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
のマウント部を有するリードと、他の端子導出リードと
が共通の樹脂モールド体によって一体化された構成とす
る。樹脂モールド体には、上記リードの半導体レーザの
マウント部と、上記他のリードの一部とを外部に露出さ
せると共に、半導体レーザを収容する凹部が設けられた
構成とし、この凹部内において、半導体レーザのリード
に対する電気的接続がなされた構成とする。

【００１１】上述の本発明による半導体レーザ装置によ
れば、キャンシールや、樹脂モールドによる半導体レー
ザＬＤを直接的に包み込むシールを行わず、樹脂モール
ド体に設けられた凹部内に、すなわちこの樹脂モールド
体によって囲まれる空間内に半導体レーザＬＤを配置し
た構成をとるので、樹脂モールド体によって直接的に半
導体レーザＬＤに接触させる場合のストレスが回避され
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明による半導体レーザ装置の
実施の形態を説明する。本発明においては、半導体レー
ザのマウント部を有するリードと、他の端子導出リード
とが共通の樹脂モールド体によって一体化された構成と
し、樹脂モールド体には、上記リードの、半導体レーザ
のマウント部と、他のリードの一部とを外部に露出させ
ると共に、半導体レーザを収容する凹部が設けられた構
成とする。そして、この凹部内において、半導体レーザ
のリードに対する電気的接続がなされた構成とする。

【００１３】凹部内には、上述した半導体レーザのみな
らずそのモニター用の光検出素子のリードに対するマウ
ントと、他の端子導出リードに対する電気的接続がなさ
れた構成とするができる。

【００１４】また、光検出素子の他の端子導出リードと
の接続をなす外部露出するボンディングパッドの表面に
は耐蝕性金属が被着された構成とすることができる。

【００１５】樹脂モールド体を構成する樹脂モールド材
料として任意の材料を使用できるが、例えば通常のＩＣ
（集積回路）パッケージに用いる黒色レジン、例えばカ
ーボンが添加されて黒色化されたエポキシ樹脂等を使用
すれば、放熱効果を高めることができ、またコスト的に
も有利となる。

【００１６】図１〜図４を参照して本発明による半導体
レーザ装置の一例を説明する。この例においては、半導
体レーザＬＤ、すなわち半導体レーザチップと共に、こ
れよりの発光、例えば半導体レーザの共振器の後方端面
からの発光を受光して、その発光量を検出するモニター
用の光検出素子、例えばフォトダイオードＰＤを一体に
マウントした構成をとった場合である。

【００１７】この場合、例えば図４にその平面図を示す
ように、Ｓｉ等のフォトダイオードＰＤが形成されたサ
ブマウント基板１５が設けられ、この上に半導体レーザ
ＬＤ、例えばヘテロ接合型半導体レーザ等の各種半導体
レーザ素子がマウントされる。このサブマウント基板１
５上にマウントされた半導体レーザＬＤの一方の電極
は、金線等のリードワイヤ１８によってサブマウント基
板１５を貫通して設けられた電極ピン１７に電気的に連
結され、光検出素子すなわちフォトダイオードＰＤの一
方の電極と共にサブマウント基板１５の底面に導出され
る。また、半導体レーザＬＤとフォトダイオードＰＤの
各他方の電極が、同様に金線等のリードワイヤ１８によ
ってサブマウント基板１５上に設けられたワイヤボンデ
ィングパッド部１９に配線層１６等によって電気的に連
結される。サブマウント基板１５の表面は、ＳｉＯ₂ ，
Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等の絶縁層によって覆われるものであるが、
金属層によって構成するボンディングパッド部１９は外
部に露出させる。

【００１８】外部に露出されるボンディングパッド部１
９は、Ａｕ，Ｐｔ等の耐蝕性にすぐれた金属表面層が被
着された構成とされる。この場合、ボンディングパッド
部１９がＡｌ金属層によって構成される場合などにおい
て、必要に応じてこのＡｌとの反応を防止するＴｉ等の
バリアメタルを金属表面層との間に介在させることがで
きる。

【００１９】一方、図３に斜視図を示すように、リード
フレーム２１が設けられる。このリードフレーム２１
は、一枚の金属板から打ち抜き等によって形成され、半
導体レーザＬＤ、すなわちこれがマウントされた例えば
サブマウント基板１５がダイボンドされるマウント部１
１Ｍを先端に有するリード１１と、その両側に他の外部
端子導出リードを構成する２本のリード１２とを組とす
る複数組のリードが配列され、それぞれのリード１１お
よび１２の外端部が連結部２１Ｌによって連結された構
成を有する。

【００２０】リード１１の半導体レーザＬＤのマウント
部、すなわち図示の例では半導体レーザＬＤがマウント
されたサブマウント基板１５をマウントするマウント部
１１Ｍには、図２の平面図で示すように、その両側のリ
ード１２の先端に対向するように広がる翼１１Ｗ₁ およ
び１１Ｗ₂ が設けられて、例えばＴ字形パターンに構成
される。

【００２１】そして、また、図３に示すように、リード
フレーム２１のリード１１と、その両側のリード１２と
を組とし、その先端部にエポキシ樹脂等よりなる樹脂モ
ールド体１３をモールドして、リードフレーム２１の連
結部２１Ｌを切り離し、図１および図２に示すように、
各リード１１および１２が機械的に連結され、電気的に
絶縁されて保持された半導体レーザ装置が構成される。

【００２２】この樹脂モールド体１３は、例えばその全
体的形状が直方体をなす形状とし得るものであるが、そ
の成形に当たって凹部１４が設けられる。

【００２３】凹部１４内には、リード１１のマウント部
１１Ｍを外部に露出させる。同時に凹部１４内に両側の
リード１２の一部、すなわち半導体レーザＬＤおよび光
検出素子ＰＤの各電極が接続されたボンディングパッド
部１９と、金線等のリードワイヤ１８がボンディングさ
れる電極接続部１２Ａとなる例えば先端部とが外部に露
出される。

【００２４】そして、この樹脂モールド体１３の凹部１
４内において、半導体レーザＬＤがマウントされたサブ
マウント基板１５がダイボンドされて、このリード１１
に前述した電極ピン１７をもってサブマウント基板１５
の裏面に電気的に導出された半導体レーザＬＤと光検出
素子のフォトダイオードＰＤの各一方の電極を電気的に
接続すると共に機械的に連結する。

【００２５】樹脂モールド体１３の凹部１４は、図１に
示すように、その前方部が開放されて、窓１４Ｗが形成
され、この窓１４Ｗを通じて半導体レーザＬＤの共振器
の前方端から導出発光されるレーザ光Ｌが直接的に外部
に放出されるようになされる。

【００２６】また、この凹部１４の窓１４Ｗの幅は、上
述したように半導体レーザＬＤのレーザ光Ｌの導出が行
われる程度の幅に選定されるが、リード１１のマウント
部１１Ｍの両側の翼部１１Ｗ₁ および１１Ｗ₂ の先端が
良好に樹脂モールド体１３中に埋め込まれてリード１１
の先端部が、樹脂モールド体１３によって安定に保持さ
れるようにする。したがって、半導体レーザＬＤおよび
モニター用の光検出素子としてのフォトダイオードＰＤ
が、機械的に、したがって電気的に安定に保持されるよ
うにする。

【００２７】そして、このようにリードフレーム２１
の、リード１１および１２の組に対して、樹脂モールド
体１３をいわゆるアウトサートモールドによってモール
ドし、かつそのリード11のマウント部１１Ｍにサブマウ
ント基板１５をマウントし、また、リードワイヤ１８を
もって各対応する電極と接続されたボンディングパッド
部２０をリード１２に接続して後、各リード１１および
１２の外端部においてリードフレーム２１の連結部２１
Ｌを切断排除する。

【００２８】このようにして樹脂モールド体１３によっ
て周囲が囲まれた保護された半導体レーザＬＤおよびそ
のモニター用光検出素子のフォトダイオードＰＤが保護
された半導体レーザ装置２２を得る。

【００２９】このような構成による半導体レーザ装置２
２は、目的とする使用態様に応じて例えば光ディスク、
光磁気ディスク等のドライブ装置における光ピックアッ
プの所定部に組み込まれる。この場合、その光ピックア
ップの所定部に、この半導体レーザ装置２２を設定する
に当たり、その樹脂モールド体１３にその設定の基準面
を形成するようになし得る。

【００３０】すなわち、この場合、樹脂モールド体１３
は、例えばその外形状を直方体状に形成し、これに形成
した凹部１４を挟んで、例えば図１に示すように、凹部
１４の前方の窓１４Ｗの両側に、半導体レーザＬＤの出
射光の光軸方向Ｙに対して直交する平坦な基準前方面１
３Ｆを形成する。

【００３１】更に、その両側の少なくとも一側に前方面
１３Ｆと直交する両側面方向Ｘと直交する平坦基準側面
１３Ｓ₁ ，１３Ｓ₂ を形成する。

【００３２】また、更に前方面１３Ｆと側面１３Ｓ₁ お
よび１３Ｓ₂ とそれぞれ直交する平坦な基準底面１３Ｂ
と基準上面１３Ｕの少なくとも一方を形成する。このよ
うにして互いに直交する３方向Ｘ，Ｙ，Ｚに対する基準
面を樹脂モールド体１３の外側面で形成する。

【００３３】これら基準面は、樹脂モールド体１３によ
って形成する場合に限らず、例えば図５および図６にそ
の一例の斜視図および平面図を示すように、リード１１
の先端をマウント部１１Ｍより前方に延長させ、この延
長部１１ＭＦの前方端面をＹ方向と直交する基準前方面
１３Ｆとして形成し得る。また、Ｘ方向の基準面１３Ｓ
₁ および１３Ｓ₂ を、リード１１の先端部から両側に延
長した延長部の端面によって形成することもできる。

【００３４】また、凹部１４内には、半導体レーザＬ
Ｄ、あるいはこれをマウントしたサブマウント基板１５
を配置マウントするものであるが、この場合、このサブ
マウント基板１５、すなわち半導体レーザＬＤの位置規
制を凹部１４によって行うことがもできる。この場合の
一例を図７にその斜視図を示し，図８にその縦断面図を
もって示す。

【００３５】この場合、凹部１４内に、例えばサブマウ
ント基板１５の左右両側面と衝合する相対向する側壁面
２３Ｓ₁ および２３Ｓを有し、少なくともその底部にお
いてサブマウント基板１５を嵌合させる位置規制凹部２
３を形成する。

【００３６】また、半導体レーザＬＤの共振器の後方端
側からの出射光が更に共振器に戻り光となって入り込む
ことを阻止する反射傾斜面を凹部１４の背面あるいは位
置規制凹部２３の背面に、例えば上方に向かって傾くテ
ーパー面２４として形成し得る。

【００３７】上述したように本発明構成によれば、半導
体レーザＬＤ，更に或る場合は、これの出力をモニター
する光検出素子のフォトダイオードＰＤを樹脂モールド
によって直接的にシールする構成を回避するが、樹脂モ
ールド体１３の凹部１４内にこれら半導体レーザＬＤお
よびフォトダイオードＰＤと、更にこれらのリード１１
および１２に対する接続等のリードワイヤ１８のボンデ
ィング部を配置したことによって、これらが樹脂モール
ド体１３によって囲まれて保護された構造が採られる。

【００３８】上述した本発明構成においては、キャンシ
ールまたは樹脂モールドによる半導体レーザＬＤを直接
的に包み込むシールを行わず、リード１１および１２を
保持する樹脂モールド体１３に設けられた凹部１４内
に、すなわちこの樹脂モールド体１３によって囲まれる
空間内に半導体レーザＬＤを配置した構成を採るので、
樹脂モールド直接的に半導体レーザＬＤに接触させる場
合の、その硬化時の収縮等によるストレスの発生を回避
することができるものであり、これによって半導体レー
ザＬＤの特性劣化、不安定性を回避できる。また、樹脂
モールド体を透過してレーザ光の導出を行う場合の収差
の問題も回避できるものである。

【００３９】また、本発明構成によれば、半導体レーザ
ＬＤを樹脂モールドにより包まないことから樹脂モール
ド体１３は、任意のモールド材料によって構成すること
ができる。したがって、この樹脂モールド体１３を、例
えば通常のＩＣパッケージに用いる黒色レジン、例えば
カーボンを混入したエポキシ樹脂によって構成すること
によって、放熱特性の向上、コストの低廉化が図られ
る。

【００４０】そして、本発明構成においては、樹脂モー
ルド体１３の凹部内に半導体レーザＬＤ、光検出素子Ｐ
Ｄを配置したので、これによってこのレーザ装置を、例
えば光ディスク、光磁気ディスク等のドライブ装置に組
み込む場合などの取扱いに際しては、半導体レーザＬＤ
や、光検出素子ＰＤに直接他物が接触してこれらを破壊
したり、リードとの接続ワイヤの断線等の事故の発生を
効果的に回避でる。

【００４１】また，光検出素子ＰＤのリード１１との接
続がなされる外部に露出するボンディングパッド部２０
は、Ａｕ，Ｐｔ等の耐蝕性金属を被覆したので、これら
が外部に露出した構成が採られるにも拘わらず、長期に
亘ってした動作を行うことができる。

【００４２】

【発明の効果】上述したように、本発明構成によれば、
半導体レーザＬＤ、更に或る場合は、これの出力モニタ
ーを行う光検出素子例えばフォトダイオードＰＤとを、
それぞれのリード１１および１２を保持する樹脂モール
ド体１３の凹部１４内に配置して樹脂モールド体１３に
よって取り囲まれた構造としたので、これら半導体レー
ザＬＤおよびフォトダイオードＰＤ、更に、これらに対
するリードワイヤ１８とのボンディング部とを樹脂モー
ルド体１３によって保護することができる。

【００４３】そして、その半導体レーザＬＤからの前方
出射レーザ光Ｌに関しては、直接的に何ら樹脂モールド
体等によって妨げられることなく、これを外部に出射さ
せることができるので、樹脂モールド体１３の形状、表
面性、その他光学的特性に係わりなく、確実にレーザ光
の導出を行うことができるが、例えばカーボンブラック
等で着色したエポキシ樹脂等、特にモールド材として黒
色樹脂を使用することにより、放熱効果を高めることが
できると共に、コストの低減化を図ることができる。

【００４４】また、この半導体レーザＬＤにおける樹脂
モールド体１３によるストレス発生を回避できることに
より、安定した特性を有する半導体レーザ装置を得るこ
とができる。

【００４５】また、その組立に当たっては、キャンシー
ル等を施す場合等に比してリードフレームに対する樹脂
モールド体１３を順次各リード１１および１２の組に対
してモールドいわゆるアウトサートモールドによって、
同時に多数組のレーザ装置に関して成形し得るので量産
性にすぐれ、簡易の構成を採ることによって、却って信
頼性の向上を図ることができる。

【００４６】また，樹脂モールド体１３の外面、あるい
は、これから突出させたリード１１による基準面１３
Ｆ，１３Ｂ，１３Ｕ，１３Ｓ₁ ，１３Ｓ₂ によってこの
半導体レーザＬＤの所定部、例えば光ピックアップ部に
おける取付部への位置設定を確実に行うことができるの
で、半導体レーザＬＤの光軸の軸合わせを正確に行うこ
とができる。そして、また、この突出したリードの部分
が放熱に関して良い結果を与えることはいうまでもな
い。

【００４７】更に、樹脂モールド体１３の半導体レーザ
ＬＤが収容配置される凹部１４の背部に例えばテーパー
面２４を形成して置くことによって背部からの不要な出
射光が半導体レーザＬＤに戻り光として導入されて、ノ
イズの発生を招来するような不都合が回避される。更
に、必要に応じて、テーパー面２４を黒色に着色したり
樹脂モールドとして黒色の材料を使用した場合、不要な
反射を更に抑えることができる。

【００４８】また、上述したように半導体レーザＬＤを
樹脂モールド体１３中に埋置することなく，これを取り
囲んで配置するようにした構成を採ることによって、樹
脂モールド体１３によって種々の機能を持たしめること
ができ、実用上多くの利益をもたらすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザ装置の一例の拡大断
面図である。

【図２】図１に示した半導体レーザ装置の拡大平面図で
ある。

【図３】図１に示した半導体レーザ装置のリードフレー
ムの一例の斜視図である。

【図４】図１に示した半導体レーザ装置のサブマウント
基板の一例の拡大平面図である。

【図５】本発明による半導体レーザ装置の他の一例の斜
視図である。

【図６】図５に示した半導体レーザ装置の拡大平面図で
ある。

【図７】本発明による半導体レーザ装置の更に他の例の
拡大斜視図である。

【図８】図７に示した半導体レーザ装置の要部の縦断面
図である。

【図９】従来の半導体レーザ装置の一例の斜視図であ
る。

【符号の説明】

ＬＤ…半導体レーザ、ＰＤ…光検出素子（フォトダイオ
ード）、１１，１２…リード、１１Ｍ…マウント部、１
３…樹脂モールド体、１４Ｗ…窓、１５…サブマウント
基板、１８…リードワイヤ、２２…半導体レーザ装置

フロントページの続き (72)発明者 坪井 邦夫 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 今井 敏博 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (72)発明者 小笠原 敦 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−108188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−215777（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−84890（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−292850（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−45676（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 H01L 23/50

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部に半導体レーザのマウント部を有
   するリードと、他の端子導出リードとが平面的に並置配
   列され、これらリードが共通の樹脂モールド体によって
   一体化され、 上記半導体レーザのマウント部を有するリードの他端部
   と、上記他の端子導出リードの対応する端部とが、上記
   樹脂モールド体の一端面から導出され、 上記樹脂モールド体には、上記リードの上記半導体レー
   ザのマウント部と、上記端子導出リードの一部とを外部
   に露出させると共に上記半導体レーザを収容する凹部が
   設けられ、 該凹部内の、上記外部に露出する部分において、上記マ
   ウント部に半導体レーザがマウントされ、該半導体レー
   ザの一方の電極が該リードに電気的に接続され、他方の
   電極が上記他の端子導出リードに電気的に接続され、 上記半導体レーザからのレーザ光は、該半導体レーザが
   マウントされた上記リードの延長方向に放出するように
   なされ、上記樹脂モールドの上記凹部には、上記レーザ
   光を前方に放出する窓が設けられ、 上記半導体レーザがマウントされたリードの先端部に
   は、上記端子導出リードの先端と対向するように延在す
   る翼部が形成され、 上記樹脂モールドは、上記リードの翼部と、上記端子導
   出リードの先端部とに差し渡って形成されて成ることを
   特徴とする半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 半導体レーザとその光検出素子のマウン
   ト部を有するリードと、他の端子導出リードとが平面的
   に並置配列され、これらリードが共通の樹脂モールド体
   によって一体化され、 上記半導体レーザのマウント部を有するリードの他端部
   と、上記他の端子導出リードの対応する端部とが、上記
   樹脂モールド体の一端面から導出され、 上記樹脂モールド体には、上記リードの上記半導体レー
   ザと上記光検出素子のマウント部と、上記端子導出リー
   ドの一部とを外部に露出させると共に上記半導体レーザ
   と上記光検出素子とを収容する凹部が設けられ、 該凹部内の、上記外部に露出する部分において、上記マ
   ウント部に上記半導体レーザと上記光検出素子とがマウ
   ントされ、該半導体レーザと上記光検出素子の一方の電
   極が該リードに電気的に接続され、それぞれ他方の電極
   がそれぞれ上記他の端子導出リードに電気的に接続さ
   れ、 上記半導体レーザは、上記マウント部の先端側に配置さ
   れ、上記光検出素子は上記半導体レーザの後方に配置さ
   れ、 上記半導体レーザからのレーザ光は、該半導体レーザが
   マウントされた上記リードの延長方向に放出するように
   なされ、上記樹脂モールドの上記凹部には、上記レーザ
   光を前方に放出する窓が設けられ、 上記半導体レーザがマウントされたリードの先端部に
   は、上記端子導出リードの先端と対向するように延在す
   る翼部が形成され、 上記樹脂モールドは、上記リードの翼部と、上記端子導
   出リードの先端部とに差し渡って形成されて成ることを
   特徴とする半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 樹脂モールド体が黒色の材料より成るこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ
   装置。