JP3665916B2 - Semiconductor laser device - Google Patents
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- Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体レーザ装置に関し、特に、金属フレーム上に配置されたレーザダイオードをモールド樹脂で封止してなる半導体レーザ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3は従来の半導体レーザ装置の構造を示す断面図であり、図において、1はレーザダイオード(以下、LDと称す)、3はLD1において動作中に生じる熱を効率よく外部に放熱するための金属ブロックで、LD1が載置される面に対して垂直な方向の厚さが約1400μm程度となっている。2は金属ブロック3の熱膨張,収縮によりLD1に加えられる応力を緩和するためのSi等からなるサブマウントで、その厚さは熱放射を悪くしない程度の厚さ、例えば150〜250μmとなっている。4はパッケージの底部材、5はワイヤ、6は金属キャップ、6aは金属キャップ6の底部に設けられた開口部、7はガラス等のレーザ光に対して透明な材料からなる窓部、8はLD1から出射されるレーザ光、20は金属リードである。この半導体レーザ装置は、LD1等が金属キャップ6により機密封止されている、いわゆるキャンタイプと呼ばれるものであり、この半導体レーザ装置においては、リード20を通じてLD1に電流を流すと、レーザ光8がLD1の出射端面から出射され、このレーザ光8が窓部7を透過して半導体レーザ装置から出射される。
【0003】
つぎに製造方法について説明する。まず、LD1はサブマウント2を介して金属ブロック3にダイボンドされる。続いて、該金属ブロック3は、パッケージの底部材4の主面上にレーザ光8が垂直に出射されるようにマウントされる。その後、該LD1は金属リード20とワイヤ5で電気的に接続される。
【0004】
続いて、金属キャップ6の開口部6aをふさぐように、金属キャップ6の底部に窓部7を接着し、LD1を外部の環境より保護するために、金属キャップ6を、該パッケージ底部材4の主面上に、LD1,サブマウント2,金属ブロック3を覆うように溶接して図3に示す半導体レーザ装置を得る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のキャンタイプの半導体レーザ装置は、以上のように、レーザ光8をパッケージ底部材4の主面に対して垂直に取り出すようにしていたため、パッケージ底部材4上に金属ブロック3を設け、この金属ブロック3にLD1をその光軸が底部材4と垂直となるよう載置するようにしていた。このため、底部材4上に配置可能な十分な大きさの金属ブロック3、例えば厚さが1400μm程度のものを用いる必要があった。
【0006】
しかしながら、金属ブロック3を用いると、金属ブロック3をパッケージ4に取り付ける工程、いわゆるブロックボンド組み立て工程が必要となり、生産工程が複雑化するとともに、部材が増えるために組み立てに起因した不良も発生しやすくなり、この結果として、生産コストが高くなるという問題があった。
【0007】
また、図3に示すように、金属ブロック3を覆うような金属キャップ6を取り付ける必要があるため、装置全体の寸法が大きくなってしまい、小型化,特に薄型化を図ることができないという問題があった。
【0008】
ここで、金属ブロック3を設けずに、通常は非常に薄い厚さの半導体材料からなるサブマウント2を底部材4に垂直に設置するために必要な十分な厚さのものとして、LD1を設置したサブマウント2を、LD1の光軸が底部材4の主面に対して垂直となるように底部材4上に配置する構造とすることも考えられるが、このような構造とすると、半導体材料からなるサブマウント2は金属に対して熱伝導が悪いため、LD1の放熱が十分に行えなくなり、LD1が発熱により所望の動作を行えなくなってしまう。したがって、金属ブロック3を設けない構造とすると所望の特性を備えた半導体レーザ装置が得られなくなってしまう。
【0009】
このように、従来の半導体レーザ装置においては、LDを載置するための金属ブロックを設ける必要があったため、生産工程が複雑化して、生産コストが高くなるとともに、小型化を図ることができないという問題があった。
【0010】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、安価に製造できるとともに、小型化を図ることができる半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置は、金属からなる板状部材と、該板状部材の主面上に配置されたサブマウントと、該サブマウント上に、その光軸方向が上記板状部材の主面と平行となるよう配置されたレーザダイオードと、上記サブマウントとレーザダイオードとを封止するように板状部材の主面上に配置された透明部材とを備え、上記透明部材は、その側面が上記板状部材に対して上方に向かうにつれて上記レーザダイオードが設けられている側の方向に向かって傾斜しており、上記板状部材の上記透明部材が設けられている領域の両側部には、それぞれ板状部材の主面に対して下向きに伸びるリードが設けられており、該それぞれのリードは、その端部により決定される平面が、上記透明部材の側面において屈折されて出射されるレーザ光の屈折方向と平行となる形状を有しているようにしたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図であり、図において、1はレーザダイオード(以下、LDと称す)、2は厚さ約150〜250μmのサブマウント、41は金属からなる板状の部材である金属フレームで、LD1はサブマウント2を介して金属フレーム41の主面上に取り付けられている。このとき、サブマウント2は金属フレーム41とLD1との熱膨張係数の違いによりLD1の動作時に発生する応力を緩和するための機能を果たし、その厚さはLD1から金属フレーム41への熱放射を妨げないような厚さに調整されている。8はレーザ光、9はLD1,サブマウント2,金属フレーム41のLD1等が配置されている部分を覆うように設けられた、レーザ光に対して透明な透明モールド樹脂9で、レーザ光9に対して透明な部材であれば他の材料からなる部材を用いるようにしてもよい。91,92はモールド樹脂9の側面部で、この側面部91,92はフレーム41の高さ方向において、フレーム41のLD1等が載置されている方向に向かって所定の角度で傾斜している。10は側面部91のうちの、特にLD1から出射されたレーザ光8が透過する領域を示しており、この透過領域10は、金属フレーム41の主面に対して垂直な面となっている。この透過領域10の寸法は幅が0.1〜0.3nm程度である。なお、図においてはワイヤ配線等は省略している。
【0015】
つぎに製造方法について説明する。まず、LDチップ1,サブマウント2,及び金属フレーム41を用意し、LDチップ1を、サブマウント2を介して、その底面と金属フレーム41の実装面とが平行となるように金属フレーム41の主面上に実装する。
【0016】
続いて、凹部を有する上金型と下金型とからなる金型(図示せず)を用意し、該上下金型の凹部内にLDチップ1,サブマウント2,及び金属フレーム41のLDチップ1等が載置されている部分を挟み込むように配置し、該金型内に樹脂を注入することにより、樹脂の外形状を成形するとともに、さらに加熱することにより樹脂を硬化させて、LD1を外部環境から保護するためのモールド樹脂9を形成する。このとき、予めモールド樹脂9の側面を樹脂成形後に樹脂を上下金型から抜きやすくするするために、上下金型の側面形状は、形成されるモールド樹脂9が、金属フレーム41から離れるにつれてLD1が設けられている方向に向かって5〜20°程度の所定の角度で傾斜した形状となるような形状にしておく。さらに、この上下金型のうちのモールド樹脂9のレーザ光の透過領域10に対応する部分だけは、形成される透過領域10が金属フレーム41に対して垂直な面として形成されるような形状としておく。その後、金型からモールド樹脂9を抜き出すことにより、図1に示すような半導体レーザ装置を得る。
【0017】
本実施の形態1の半導体レーザ装置は、LD1に電圧を印加して駆動させることにより、LD1の出射端面からレーザ光8が出射され、出射されたレーザ光8が金属フレーム41と平行に、透明モールド樹脂9の透過領域10を透過して出射されるものである。
【0018】
本実施の形態1においては、LD1を金属フレーム41の主面上にサブマウント2を介して、その光軸方向、即ちレーザ光の出射方向が金属フレーム41の主面に対して平行となるように載置して、レーザ光8を金属フレーム41の主面と平行な方向に出射させるようにしたので、従来の技術において説明したように、レーザ光を金属フレームに対して垂直に出射させるために、LDを取り付けるための金属ブロックを設ける必要がなくなり、半導体レーザ装置の構成部品数を減らすことができるとともに、金属ブロックの取り付け工程を無くすことができ、作業工程を短縮できる効果がある。また、金属ブロックを無くすことにより、半導体レーザ装置全体のサイズを小型化することができ、特にその厚さを薄型化することができる。
【0019】
また、通常、LDにおいては、光軸方向,即ちレーザ光の出射される方向の長さは厚さよりも長くなっている。従って、従来の半導体レーザ装置においてはLDをその光軸方向が半導体レーザ装置の厚さ方向となるように配置する必要があったため、厚さが厚くなっていたが、本実施の形態1に係る半導体レーザ装置においては、LD1を、その厚さ方向を、半導体レーザ装置の厚さ方向となるように配置することができるため、半導体レーザ装置の厚さを薄くすることができる。
【0020】
また、LD1は厚さが十分に薄いサブマウント2を介して金属フレーム41上に載置されているため、LD1からの動作時の放熱も、LD1の各領域から金属フレーム41に対して均一に効率よく行われ、LD動作時の発熱によってレーザ特性が劣化することもない。
【0021】
さらに、一般に、上下金型でモールド樹脂成形する場合、上下金型から成形後の樹脂を抜きやすくする為に、モールド樹脂の側面は、モールド樹脂で保護する対象となるLD等が載置されている金属フレームの主面に対し、LD等が載置されている側に向かって所定の角度、例えば5〜20°で傾斜するように形成される。しかしながら、この場合、本実施の形態1のように、金属フレーム41の主面と平行にレーザ光を出射させる場合、LD1の前方に出射されたレーザ光8は、モールド樹脂の側面において屈折され、金属フレーム41の主面とは平行でなく出射される。即ち、レーザ光の屈折によりレーザ光の光軸の角度ズレが発生することとなり、例えばこのレーザをディスクの読み出しに使用する場合を考えると、出射されたレーザ光を外部のレンズ等を用いてディスク上の所定の位置に照射しようとしてもずれが生じてしまう。
【0022】
これに対し、本実施の形態1においては、モールド樹脂9のレーザ光が透過する領域10のみを金属フレーム41に対して垂直な面として、モールド樹脂への金型の抜き勾配を零とするとともに、モールド樹脂9の側面91,92の他の部分は、金属フレーム41に対して傾斜している構造としたことにより、レーザ光8は透過領域10において屈折せずに金属フレーム41と平行に出射され、出射されるレーザ光には屈折による光軸のずれが生じないとともに、他の側面部分は金属フレーム41に対して傾斜していることにより、上下金型からモールド樹脂9を容易に抜き出すことができる。
【0023】
このように、本発明の実施の形態1によれば、LD1を金属フレーム41上にサブマウント2を介して載置するとともに、LD1及びサブマウント2の表面を透明モールド樹脂9で覆うようにして、レーザ光8を金属フレーム41の主面と平行な方向に出射させるようにしたので、従来のキャンタイプの半導体レーザ装置のように、金属ブロックを設ける必要がなく、部材を減らすとともに、製造工程を短縮して、半導体レーザ装置の製造コストを下げ半導体レーザ装置を安価に製造できるとともに、金属ブロックを無くして、半導体レーザ装置の小型化,特に薄型化を図ることができる効果が得られる。
【0024】
また、モールド樹脂9の側面91,92を金属フレーム41の上方に向かうにつれてサブマウント側の方向に傾斜しているようにするとともに、モールド樹脂9の側面91のレーザ光が透過される領域を、金属フレーム41の主面と垂直な面となるようにしたから、製造工程時において、モールド樹脂9の金型からの取り外しやすさを損ねることなく、レーザ光8の光軸が金属フレーム41の主面と平行となるようレーザ光8をモールド樹脂9の側面から出射させることができ、レーザ光8の出射方向のずれを無くすことができる効果がある。
【0025】
実施の形態2.
図2は本発明の実施の形態2に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図であり、図において、図1と同一符号は同一又は相当する部分を示し、11は半導体レーザ装置を載置するための基板、42,43は金属フレーム41のモールド樹脂9の両側部分に設けられたリードで、金属フレーム41に対して下方に伸びている。
【0026】
本実施の形態2に係る半導体レーザ装置は、上記実施の形態1に係る半導体レーザ装置において、モールド樹脂9の側面91に透過領域10を設けないようにし、金属フレーム41のモールド樹脂9の両側部分にそれぞれ金属フレーム41に対して下方に伸びるリード42,43を設けるとともに、このリード42,43の長さや、金属フレーム41に対する傾斜角度を調整して、該半導体レーザ装置をリード42,43の端部において平面上に載置した際に、モールド樹脂9の側面91において屈折して出射されるレーザ光の光軸方向が、上記リードを載置した平面と平行となるようにしたものである。
【0027】
通常、半導体レーザ装置は、基板等に載置されて使用されるが、本実施の形態2において図2に示すように、モールド樹脂9の側面から出射されるレーザ光8の屈折による光軸の角度ずれを考慮し、半導体レーザ装置を基板11に実装した際に、モールド樹脂9の側面91から出射されるレーザ光8が、基板11の主面に対して平行に出射されるようにリード42,43の高さを調整することにより、上記実施の形態1と同様の効果を奏するとともに、レーザ光の光軸のずれを補正することができる効果を奏する。
【0028】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、金属からなる板状部材と、該板状部材の主面上に配置されたサブマウントと、該サブマウント上に、その光軸方向が上記板状部材の主面と平行となるよう配置されたレーザダイオードと、上記サブマウントとレーザダイオードとを封止するように板状部材の主面上に配置された透明部材とを備えるようにしたから、金属ブロックを設ける必要をなくして、部品数を減らすとともに、製造工程を短縮して、半導体レーザ装置の製造コストを下げることができ、安価に半導体レーザ装置を提供できるとともに、小型化した半導体レーザ装置を提供できる効果がある。
【0030】
また、上記透明部材は、その側面が上記板状部材に対して上方に向かうにつれて上記レーザダイオードが設けられている側の方向に向かって傾斜しており、上記板状部材の上記透明部材が設けられている領域の両側部には、それぞれ板状部材の主面に対して下向きに伸びるリードが設けられており、該それぞれのリードは、その端部により決定される平面が、上記透明部材の側面において屈折されて出射されるレーザ光の屈折方向と平行となる形状を有しているようにしたから、レーザ光の光軸のずれを補正した半導体レーザ装置を提供できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
【図2】 この発明の実施の形態2に係る半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
【図3】 従来の半導体レーザ装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 レーザダイオード、2 サブマウント、3 金属ブロック、4 底部材、5 金属ワイヤ、6 金属キャップ、6a 開口部、7 窓部、8 レーザ光、9 モールド樹脂、20 金属リード、41 金属フレーム、42,43 リード、91,92 モールド樹脂の側面、10 レーザ光の透過領域、11 基板。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor laser device, and more particularly to a semiconductor laser device in which a laser diode disposed on a metal frame is sealed with a mold resin.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor laser device. In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a laser diode (hereinafter referred to as LD), and 3 denotes heat for efficiently dissipating heat generated during operation of the LD 1 to the outside. The thickness of the metal block in the direction perpendicular to the surface on which the LD 1 is placed is about 1400 μm.
[0003]
Next, the manufacturing method will be described. First, the LD 1 is die-bonded to the
[0004]
Subsequently, the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional can-type semiconductor laser device is configured to extract the
[0006]
However, when the
[0007]
Further, as shown in FIG. 3, since it is necessary to attach a
[0008]
Here, without providing the
[0009]
As described above, in the conventional semiconductor laser device, it is necessary to provide a metal block for mounting the LD, which complicates the production process, increases the production cost, and cannot be downsized. There was a problem.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a semiconductor laser device that can be manufactured at a low cost and can be reduced in size.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A semiconductor laser device according to the present invention includes a plate-shaped member made of metal, a submount disposed on a main surface of the plate-shaped member, and an optical axis direction on the submount. A laser diode disposed parallel to the surface, and a transparent member disposed on the main surface of the plate-like member so as to seal the submount and the laser diode, and the transparent member includes a side surface thereof. Is inclined toward the side where the laser diode is provided as it goes upward with respect to the plate-like member, and on both sides of the region where the transparent member of the plate-like member is provided Each lead is provided with a lead extending downward with respect to the main surface of the plate-like member. Each lead has a plane which is determined by the end thereof and is refracted on the side surface of the transparent member and emitted. It is obtained as has a refractive direction and becomes parallel shape of the light.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor laser device according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, 1 is a laser diode (hereinafter referred to as LD), and 2 is a submount having a thickness of about 150 to 250 μm. , 41 is a metal frame which is a plate-like member made of metal, and the LD 1 is mounted on the main surface of the
[0015]
Next, the manufacturing method will be described. First, an LD chip 1, a
[0016]
Subsequently, a mold (not shown) composed of an upper mold and a lower mold having recesses is prepared, and the LD chip 1, the
[0017]
In the semiconductor laser device of the first embodiment, by applying a voltage to the LD 1 and driving it, the
[0018]
In the first embodiment, the LD 1 is placed on the main surface of the
[0019]
In general, in the LD, the length in the optical axis direction, that is, the direction in which the laser light is emitted is longer than the thickness. Therefore, in the conventional semiconductor laser device, since the LD needs to be arranged so that the optical axis direction thereof is the thickness direction of the semiconductor laser device, the thickness is increased. In the semiconductor laser device, since the LD 1 can be arranged so that the thickness direction thereof is the thickness direction of the semiconductor laser device, the thickness of the semiconductor laser device can be reduced.
[0020]
Also, since LD 1 is mounted on
[0021]
Furthermore, in general, when molding a mold resin with an upper and lower mold, in order to easily remove the molded resin from the upper and lower molds, an LD or the like to be protected with the mold resin is placed on the side surface of the mold resin. The main surface of the metal frame is inclined at a predetermined angle, for example, 5 to 20 °, toward the side on which the LD or the like is placed. However, in this case, when the laser light is emitted parallel to the main surface of the
[0022]
On the other hand, in the first embodiment, only the
[0023]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the LD 1 is placed on the
[0024]
Further, the side surfaces 91 and 92 of the
[0025]
2 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or corresponding parts, and 11 denotes the semiconductor laser device.
[0026]
In the semiconductor laser device according to the second embodiment, in the semiconductor laser device according to the first embodiment, the
[0027]
Usually, the semiconductor laser device is used by being mounted on a substrate or the like. However, as shown in FIG. 2 in the second embodiment, the optical axis of the
[0028]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the plate-shaped member made of metal, the submount disposed on the main surface of the plate-shaped member, and the optical axis direction of the plate-shaped member on the submount Since the metal block is provided with the laser diode arranged parallel to the main surface and the transparent member arranged on the main surface of the plate-like member so as to seal the submount and the laser diode, The number of components can be reduced, the manufacturing process can be shortened, the manufacturing cost of the semiconductor laser device can be reduced, the semiconductor laser device can be provided at a low cost, and a miniaturized semiconductor laser device can be provided There is an effect that can be done.
[0030]
The upper SL transparent member has its side surface is inclined toward the side on which the laser diode is provided as upward relative to the plate-like member, it is the transparent member of said plate-like member Leads extending downward with respect to the main surface of the plate-like member are provided on both side portions of the provided region, and each of the leads has a plane determined by the end portion of the transparent member. Since the side surface of the laser beam has a shape parallel to the refractive direction of the laser beam refracted and emitted, there is an effect of providing a semiconductor laser device in which the deviation of the optical axis of the laser beam is corrected.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional semiconductor laser device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser diode, 2 Submount, 3 Metal block, 4 Bottom member, 5 Metal wire, 6 Metal cap, 6a Opening part, 7 Window part, 8 Laser beam, 9 Mold resin, 20 Metal lead, 41 Metal frame, 42, 43 Lead, 91, 92 Side surface of the mold resin, 10 Laser light transmission region, 11 Substrate.
Claims (1)
該板状部材の主面上に配置されたサブマウントと、
該サブマウント上に、その光軸方向が上記板状部材の主面と平行となるよう配置されたレーザダイオードと、
上記サブマウントとレーザダイオードとを封止するように板状部材の主面上に配置された透明部材とを備え、
上記透明部材は、その側面が上記板状部材に対して上方に向かうにつれて上記レーザダイオードが設けられている側の方向に向かって傾斜しており、
上記板状部材の上記透明部材が設けられている領域の両側部には、それぞれ板状部材の主面に対して下向きに伸びるリードが設けられており、
該それぞれのリードは、その端部により決定される平面が、上記透明部材の側面において屈折されて出射されるレーザ光の屈折方向と平行となる形状を有していることを特徴とする半導体レーザ装置。A plate-shaped member made of metal;
A submount disposed on the main surface of the plate-like member;
A laser diode disposed on the submount so that an optical axis direction thereof is parallel to a main surface of the plate-shaped member;
A transparent member disposed on the main surface of the plate-like member so as to seal the submount and the laser diode ;
The transparent member is inclined toward the direction of the side where the laser diode is provided as its side faces upward with respect to the plate-like member,
Leads extending downward with respect to the main surface of the plate-like member are provided on both side portions of the plate-like member where the transparent member is provided,
Each of the leads has a shape in which a plane determined by the end thereof is parallel to the refraction direction of the laser light refracted and emitted from the side surface of the transparent member. apparatus.
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