JP3687254B2 - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置などに用いられる、レーザダイオードチップを樹脂封止してなる半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置は、光ディスク装置やレーザビームプリンタなどの各種の光応用機器に光源として組み込まれて使用される。これらの装置においては、光回折限界まで絞り込まれた光スポットを用いることが多いため、光源、すなわちのレーザダイオードチップ（以下、ＬＤチップと記す）の発光点の位置、方向は極めて精度良く固定されている必要がある。
【０００３】
図７は従来のキャンタイプの半導体レーザ装置の要部破断図である。金属製円板のベース４に一体化されているヒートシンクＨにはＬＤチップ１がボンディングされている。ベース４には３本の金属ポスト５が設けられおり、ＬＤチップ１およびモニタフォトダイオード２とワイヤ（図示してない）が電気接続のために接続されている。ＬＤチップ１とモニタフォトダイオード２には窓７の付いた金属製キャン６が被せられている。
【０００４】
半導体レーザ装置を前記の光応用機器の所定位置に取り付けるために、ベース４の外周部のＬＤチップ側の円面４ｄと円筒面４ｃとが取り付けの基準面４ｆとされている。ＬＤチップ１の発光点Ｐはこの基準面４ｆの中心軸（Ｚ軸と定義する）上の円面から一定の距離に固定され、出射されるレーザ光の光軸は中心軸に一致している。
【０００５】
しかし、このようなキャンタイプの半導体レーザ装置は金属製のベース、ヒートシンクおよびキャンの重量があり、特に光ディスク装置の光ヘッドの軽量化と小型化に支障があった。更に、窓付きキャン等の部品が高価であった。
これらの問題を解決するため、より軽量で低価格が可能な樹脂封止タイプの半導体レーザ装置が提案されている。特に、多数の半導体レーザ装置を一括して製造できるポストを製造単位とした製造方法は、これらの目的に適している。
【０００６】
図８は従来の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の透視斜視図である。ＬＤチップ１はフォトダイオードを内蔵するサブマウント３を介してコモン端子を兼ねた主ポスト５ｍにボンディングされている、補助ポスト５ｓはＬＤチップ１やモニタフォトダイオードがボンディングワイヤ（図示してない）によって電気的に接続されている。ＬＤチップ１から出射したレーザ光が周囲の透光性の封止樹脂９を破壊するのを防止するためにゴム状のシリコーン樹脂等の端面破壊防止層１０で被覆されたＬＤチップ１はさらに透光性の封止樹脂９により封止され、また封止樹脂９は各ポスト５ｍ、５ｓの相対位置を固定している。
【０００７】
光応用機器に対してキャンタイプの半導体レーザ装置との互換性が必要な場合あるいは同様の方法でレーザ光軸を定めて使用する場合には、ベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を使用に供する。図９はベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。封止樹脂９の外部に露出した主ポスト５ｍと一体の固定用端部Ｅをベースリング４０の溝部４ｇにはめた後かしめて（かしめ痕Ｋ１、Ｋ２）固定してある。ベースリング４０の外周縁はキャンタイプの半導体レーザ装置のベースと同一基準面であり、溝部４ｇの方向は基準面の法線に一致している。他の部分は図８に示した半導体レーザ装置に同じなので説明を省略する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、光軸の傾きと、各界面の傾きとの関係を説明しておく。図１０はベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置のＺ軸とＬＤチップの活性層面の法線を含む面での断面模式拡大図である。実際には、端面破壊防止層１０は、例えば、ＬＤチップ上に滴下した液状のシリコーン樹脂を硬化させて形成したものなので、その表面は曲面をなしているが、レーザ光の光軸が通過する点の端面破壊防止層１０と封止樹脂９の界面（第１の界面とする）の曲率は小さく平面と見なしてよい。第１の界面は（または第１の界面の接線は）、Ｚ軸に垂直な面に対してφ1 だけ傾いている。そのため、ＬＤチップ１からＺ軸に対する傾きθ1 で出射したレーザ光軸（チップ光軸とする）は第１の界面に対して垂直に入射しないので、屈折により光軸はＺ軸に対して傾きが生じ、さらに封止樹脂と大気との界面（第２の界面とし、Ｚ軸にに垂直な面に対する傾きをφ2 とする）でも再度屈折して光軸ζはＺ軸に対してθ3 だけ傾いて大気中に出射される。断面に対しては鏡面対称に製造してあるので、製造ばらつきを除いて、光軸および各界面は断面内にある。
【０００９】
屈折の法則（スネルの式）から光軸の傾きと、各界面の傾きとの関係は(1) 式で表される。なお、式の導出には角度θが小さいときは sinθ＝θの関係を適用した。以下、角度は比例関係なので、°を単位として問題はない。
【００１０】
【数１】
θ3=(n1/n3) θ1+[(n2-n1)/n3)] φ1+[(n3-n2)/n3)] φ2 (1)
但し、ｎ1:端面破壊防止層の屈折率
ｎ2:封止樹脂の屈折率
ｎ3:大気の屈折率
従来の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置（図７、６）ではθ1=φ2=0 だから、（２）式が得られる。
【００１１】
【数２】
θ3= [(n2-n1)/n3)]φ1 (2)
端面破壊防止層１０の屈折率としてｎ1=1.414 、封止樹脂９の屈折率としてｎ2=1.558 、空気の屈折率としてｎ3=1.0 、実測した第１の界面の傾き、φ1=20°を用いて、光軸ζはＺ軸に対して、θ3=2.88°だけ傾くことが判る。このように、樹脂封止型半導体レーザ装置から出射したレーザ光の光軸ζと基準面に垂直なＺ軸が一致しないため、精度を必要とする光学装置には樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を組み込めない場合があるという問題点があった。
【００１２】
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、半導体レーザ装置から出射したレーザ光の光軸が基準面の法線に一致する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングに固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、少なくとも前記チップ光軸、前記第１の界面の法線または前記第２の界面の法線のいずれかはＺ軸に対して傾いていることにより、前記第２の界面から大気に出射されたレーザ光の光軸がＺ軸に平行であることとする。
【００１４】
前記チップ光軸および前記第１の界面の法線はＺ軸に対して所定の角度だけ傾いており、前記第２の界面の法線はＺ軸に平行であると良い。
前記主板の折り曲げられた部分に前記レーザダイオードは搭載されていることによって、前記チップ光軸はＺ軸に対して傾いていると良い。
前記主板のレーザダイオードの搭載部分に形成された底部がＺ軸に対して傾いている平面であり、この平面に前記レーザダイオードは搭載されていることによって、前記チップ光軸はＺ軸に対して傾いていると良い。
【００１５】
前記チップ光軸はＺ軸に平行であり、前記第１の界面の法線および前記第２の界面の法線はＺ軸に対してそれぞれ所定の角度だけ傾いていると良い。
前記主板の端部は前記ベースリングに設けられた溝に固着されていると良い。また、主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングの溝部に固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、前記溝部の方向を前記Ｚ軸に対して傾けることにより、前記第２の界面から大気に出射されたレーザ光の光軸がＺ軸に平行とされていることとする。
【００１６】
上記の半導体レーザ装置の製造方法において、前記第１の界面のＺ軸に対する傾きは端面破壊防止層の形成方法により定められることとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施例について説明する。
実施例１
図１は本発明に係る実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。ポスト５の固定端部を外れているサブマウント３を搭載する主板５ｐを適当な値θ1 だけ折り曲げて傾け、他の製造方法は従来と同様とした。端面破壊防止層１０の形成は従来と同じ方法で滴下、硬化させた。レーザダイオードチップ２から出射したレーザ光軸はθ1 （図の下方向に) だけ傾いており、滴下量と硬化条件を従来通り一定にすれば、φ1 は一定なので、端面破壊防止層１０と封止樹脂９との界面（第１の界面）はＺ軸に垂直な面に対してφ1 + θ1 の傾きとなる。封止樹脂９と大気との界面（第２の界面）と併せて２回の屈折により、レーザ光の出射光軸ζとＺ軸とを一致させることができる。
【００１９】
θ1 を求めるため、(1) においてφ1 をφ1+θ1 に置き換えて次の(3) 式を用いる。
【００２０】
【数３】
θ3=(n1/n3) θ1+[(n2-n1)/n3)](φ1+θ1)+[(n3-n2)/n3)]φ2 (3)
ここで、θ3=φ2=0 として(4) 式が得られる。
【００２１】
【数４】
θ1=[(n2-n1)/(n2-2n1)]φ1 (4)
先の、ｎ1 、ｎ2 およびφ1 の値を(4) 式に代入すると、θ1=-2.27 °が得られる。
ポストと一体の主板を2.27°( 図の下方に) だけ 折り曲げて、試作を行った。従来例と本実施例の樹脂封止型のレーザダイオードを各１００個のファー・フィールド・パターン（以下ＦＦＰと記す）を測定して、Ｚ軸と出射レーザ光軸との差を測定したところ、従来例では平均が2.86°（標準偏差= 0.39°）であったのに対して、本実施例では平均が0.05°（標準偏差＝0.38°）とＺ軸と出射方向ζとが一致した。
実施例２
図２は本発明に係る他の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。封止樹脂９の表面をＺ軸に垂直な面からφ2 だけ傾け、他の製造方法は従来と同様とした。そのため、レーザダイオードチップ２から出射したレーザ光は端面破壊防止層１０と封止樹脂９との界面（第１の界面）で屈折して、透明樹脂中のレーザ光軸ζとＺ軸とは一致しないが、封止樹脂９の表面で再び屈折して空気中に出射するときにはＺ軸と一致する。
【００２２】
(1) 式において、θ1=θ3=0 として、次の(5) 式が得られ、φ2 を求めることができる。
【００２３】
【数５】
φ2=-[(n2-n1)/(n3-n2)]φ1 (5)
先の値を代入して（φ1=20°）、φ2=5.16°得られるので、封止樹脂の表面を図２（図では封止樹脂表面の傾きを強調してある）に示すように5.16°傾けたものを試作した。先の実施例と同様に各１００個のＦＦＰを測定して、Ｚ軸とレーザ光の出射方向の差を測定したところ、本実施例では平均が0.04°（標準偏差＝0.39°）とＺ軸と第２の界面からのレーザ光の光軸ζとを一致させることができた。
実施例３
図３は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。レーザ光が通る端面破壊防止層１０と封止樹脂９の界面（第１の界面）および、封止樹脂９の表面（第２の界面）をＺ軸に対して垂直にした。この場合は、光軸ζとＺ軸は一致することは明らかである。
【００２４】
図４は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の端面破壊防止層の成型中の断面図である。リードフレーム（主板、ポストはこの工程ではまだ分離されていない）の一部である主板５ｐ上にサブマウント３とレーザダイオードチップ２を取り付け、ワイヤボンディングした後、レーザ光の出射側を下方に傾け、互いに垂直な２面を有する治具１１にを置き、液状のシリコーン樹脂１０ａを滴下し、オーブンに入れ硬化させた。この治具１１にはテトラフルオロエチレン樹脂等の撥水性の材料またはコーティングを施した板を用いた。シリコーン樹脂は親水性であり、撥水性の支え板には接着しないので、得られた端面破壊防止層１０の平面を損傷せずに治具１１を外すことができる。この後は従来と同様に封止樹脂９で封止した。
【００２５】
先の実施例と同様に各１００個のＦＦＰを測定して、Ｚ軸とレーザ光の出射方向の差を測定したところ、本実施例では平均が0.03°（標準偏差＝0.38°）と、Ｚ軸と第２の界面からのレーザ光の光軸ζとを一致させることができた。
実施例４
図５は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。主ポスト５ｍの固定端部Ｅを外れている主板５ｐのサブマウント搭載部分を適当な値θ1 だけ傾け、他の製造方法は従来と同様とする。端面破壊防止層１０を滴下量と硬化条件を従来通り一定にして形成すれば、端面破壊防止層１０と封止樹脂９との界面（第１の界面）のＺ軸に垂直な面に対するφ1 の傾きは一定となる。レーザダイオードチップ１から出射したレーザ光軸はθ1 （図の下方向に) だけ傾いており、封止樹脂９と大気との界面（第２の界面）と併せて２回の屈折により、レーザ光の出射光軸ζとＺ軸とを一致させることができる。
【００２６】
この様なθ1 を求めるため、(1) 式においてθ3=φ2=0 とすることにより、(6) 式が得られる。
【００２７】
【数６】
θ1=-[(n2-n1)/n1] φ1 (6)
先の、ｎ1 、ｎ2 およびφ1 の値を(6) 式に代入すると、θ1 =-2.04°が得られる。
主ポストのサブマウント搭載部分に、金型のスタンプ成形により、底部が2.04°（図の下方に）だけ傾いた平面の凹部５ｑを形成した。その他は従来通りとして、樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を試作した。
【００２８】
従来例と本実施例の樹脂封止型のレーザダイオードを各１００個のファーフィールドパターンを測定して、Ｚ軸と出射レーザ光軸との差を測定したところ、従来例では平均が2.86°（標準偏差= 0.39°）であったのに対して、本実施例では平均が0.06°（標準偏差＝0.37°）とＺ軸と出射方向ζとが一致した。
実施例５
図６は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。ベースリングの溝部４ｇの方向を、基準面方向に対してθ3 （=2.88 °）（図の下方向に）だけ傾け、他の製造方法は従来と同様とすることにより、樹脂封止部全体をベースリングに対して傾けて、光軸ζとＺ軸とを一致させることがでる。
【００２９】
ベースリングの溝部４ｇをθ3 =2.88 °（図の下方向に）だけ傾け、試作を行った。先の実施例と同様に各１００個のＦＦＰを測定して、Ｚ軸とレーザ光の出射方向の差を測定したところ、本実施例では平均が0.05°（標準偏差＝0.38°）とＺ軸と第２の界面からのレーザ光の光軸ζとを一致させることができた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングに固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、少なくとも前記チップ光軸、前記第１の界面の法線または前記第２の界面の法線、または前記ベースリングの溝部の方向のいずれかをＺ軸に対して傾けたため、樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の基準中心軸とレーザ光軸の方向を一致させることができ、光学装置への取り付け精度を向上させることができるようになった。そのため、樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を、光軸の高精度が必要な光学機器にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図２】本発明に係る他の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図３】本発明の実施例３に係る樹脂封止型半導体レーザ装置の図である。
【図４】本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図５】本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図６】本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図７】従来のキャンタイプの半導体レーザ装置の要部断面図
【図８】従来の樹脂封止タイプ半導体レーザ装置の透視斜視図
【図９】ベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図
【図１０】ベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置のＺ軸とＬＤチップの活性層面の法線を含む面での断面模式拡大図
【符号の説明】
１ レーザダイオードチップ
２ モニタフォトダイオード
３ サブマウント
４ ベース
４０ ベースリング
４ｇ 溝部
４ｄ 基準面
４ｆ 基準面
５ ポスト
５ｍ 主ポスト
５ｓ 補助ポスト
５ｐ 主板
５ｑ 凹部
６ キャン
７ 窓
９ 封止樹脂
１０ 端面破壊防止層
１１ 治具
ζ レーザ光軸
Ｋ１ かしめ痕
Ｋ２ かしめ痕
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスク装置などに用いられる、レーザダイオードチップを樹脂封止してなる半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体レーザ装置は、光ディスク装置やレーザビームプリンタなどの各種の光応用機器に光源として組み込まれて使用される。これらの装置においては、光回折限界まで絞り込まれた光スポットを用いることが多いため、光源、すなわちのレーザダイオードチップ（以下、ＬＤチップと記す）の発光点の位置、方向は極めて精度良く固定されている必要がある。
【０００３】
図７は従来のキャンタイプの半導体レーザ装置の要部破断図である。金属製円板のベース４に一体化されているヒートシンクＨにはＬＤチップ１がボンディングされている。ベース４には３本の金属ポスト５が設けられおり、ＬＤチップ１およびモニタフォトダイオード２とワイヤ（図示してない）が電気接続のために接続されている。ＬＤチップ１とモニタフォトダイオード２には窓７の付いた金属製キャン６が被せられている。
【０００４】
半導体レーザ装置を前記の光応用機器の所定位置に取り付けるために、ベース４の外周部のＬＤチップ側の円面４ｄと円筒面４ｃとが取り付けの基準面４ｆとされている。ＬＤチップ１の発光点Ｐはこの基準面４ｆの中心軸（Ｚ軸と定義する）上の円面から一定の距離に固定され、出射されるレーザ光の光軸は中心軸に一致している。
【０００５】
しかし、このようなキャンタイプの半導体レーザ装置は金属製のベース、ヒートシンクおよびキャンの重量があり、特に光ディスク装置の光ヘッドの軽量化と小型化に支障があった。更に、窓付きキャン等の部品が高価であった。
これらの問題を解決するため、より軽量で低価格が可能な樹脂封止タイプの半導体レーザ装置が提案されている。特に、多数の半導体レーザ装置を一括して製造できるポストを製造単位とした製造方法は、これらの目的に適している。
【０００６】
図８は従来の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の透視斜視図である。ＬＤチップ１はフォトダイオードを内蔵するサブマウント３を介してコモン端子を兼ねた主ポスト５ｍにボンディングされている、補助ポスト５ｓはＬＤチップ１やモニタフォトダイオードがボンディングワイヤ（図示してない）によって電気的に接続されている。ＬＤチップ１から出射したレーザ光が周囲の透光性の封止樹脂９を破壊するのを防止するためにゴム状のシリコーン樹脂等の端面破壊防止層１０で被覆されたＬＤチップ１はさらに透光性の封止樹脂９により封止され、また封止樹脂９は各ポスト５ｍ、５ｓの相対位置を固定している。
【０００７】
光応用機器に対してキャンタイプの半導体レーザ装置との互換性が必要な場合あるいは同様の方法でレーザ光軸を定めて使用する場合には、ベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を使用に供する。図９はベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。封止樹脂９の外部に露出した主ポスト５ｍと一体の固定用端部Ｅをベースリング４０の溝部４ｇにはめた後かしめて（かしめ痕Ｋ１、Ｋ２）固定してある。ベースリング４０の外周縁はキャンタイプの半導体レーザ装置のベースと同一基準面であり、溝部４ｇの方向は基準面の法線に一致している。他の部分は図８に示した半導体レーザ装置に同じなので説明を省略する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、光軸の傾きと、各界面の傾きとの関係を説明しておく。図１０はベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置のＺ軸とＬＤチップの活性層面の法線を含む面での断面模式拡大図である。実際には、端面破壊防止層１０は、例えば、ＬＤチップ上に滴下した液状のシリコーン樹脂を硬化させて形成したものなので、その表面は曲面をなしているが、レーザ光の光軸が通過する点の端面破壊防止層１０と封止樹脂９の界面（第１の界面とする）の曲率は小さく平面と見なしてよい。第１の界面は（または第１の界面の接線は）、Ｚ軸に垂直な面に対してφ1 だけ傾いている。そのため、ＬＤチップ１からＺ軸に対する傾きθ1 で出射したレーザ光軸（チップ光軸とする）は第１の界面に対して垂直に入射しないので、屈折により光軸はＺ軸に対して傾きが生じ、さらに封止樹脂と大気との界面（第２の界面とし、Ｚ軸にに垂直な面に対する傾きをφ2 とする）でも再度屈折して光軸ζはＺ軸に対してθ3 だけ傾いて大気中に出射される。断面に対しては鏡面対称に製造してあるので、製造ばらつきを除いて、光軸および各界面は断面内にある。
【０００９】
屈折の法則（スネルの式）から光軸の傾きと、各界面の傾きとの関係は(1) 式で表される。なお、式の導出には角度θが小さいときは sinθ＝θの関係を適用した。以下、角度は比例関係なので、°を単位として問題はない。
【００１０】
【数１】
θ3=(n1/n3) θ1+[(n2-n1)/n3)] φ1+[(n3-n2)/n3)] φ2 (1)
但し、ｎ1:端面破壊防止層の屈折率
ｎ2:封止樹脂の屈折率
ｎ3:大気の屈折率
従来の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置（図７、６）ではθ1=φ2=0 だから、（２）式が得られる。
【００１１】
【数２】
θ3= [(n2-n1)/n3)]φ1 (2)
端面破壊防止層１０の屈折率としてｎ1=1.414 、封止樹脂９の屈折率としてｎ2=1.558 、空気の屈折率としてｎ3=1.0 、実測した第１の界面の傾き、φ1=20°を用いて、光軸ζはＺ軸に対して、θ3=2.88°だけ傾くことが判る。このように、樹脂封止型半導体レーザ装置から出射したレーザ光の光軸ζと基準面に垂直なＺ軸が一致しないため、精度を必要とする光学装置には樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を組み込めない場合があるという問題点があった。
【００１２】
上記の問題点に鑑み、本発明の目的は、半導体レーザ装置から出射したレーザ光の光軸が基準面の法線に一致する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングに固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、少なくとも前記チップ光軸、前記第１の界面の法線または前記第２の界面の法線のいずれかはＺ軸に対して傾いていることにより、前記第２の界面から大気に出射されたレーザ光の光軸がＺ軸に平行であることとする。
【００１４】
前記チップ光軸および前記第１の界面の法線はＺ軸に対して所定の角度だけ傾いており、前記第２の界面の法線はＺ軸に平行であると良い。
前記主板の折り曲げられた部分に前記レーザダイオードは搭載されていることによって、前記チップ光軸はＺ軸に対して傾いていると良い。
前記主板のレーザダイオードの搭載部分に形成された底部がＺ軸に対して傾いている平面であり、この平面に前記レーザダイオードは搭載されていることによって、前記チップ光軸はＺ軸に対して傾いていると良い。
【００１５】
前記チップ光軸はＺ軸に平行であり、前記第１の界面の法線および前記第２の界面の法線はＺ軸に対してそれぞれ所定の角度だけ傾いていると良い。
前記主板の端部は前記ベースリングに設けられた溝に固着されていると良い。また、主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングの溝部に固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、前記溝部の方向を前記Ｚ軸に対して傾けることにより、前記第２の界面から大気に出射されたレーザ光の光軸がＺ軸に平行とされていることとする。
【００１６】
上記の半導体レーザ装置の製造方法において、前記第１の界面のＺ軸に対する傾きは端面破壊防止層の形成方法により定められることとする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施例について説明する。
実施例１
図１は本発明に係る実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。ポスト５の固定端部を外れているサブマウント３を搭載する主板５ｐを適当な値θ1 だけ折り曲げて傾け、他の製造方法は従来と同様とした。端面破壊防止層１０の形成は従来と同じ方法で滴下、硬化させた。レーザダイオードチップ２から出射したレーザ光軸はθ1 （図の下方向に) だけ傾いており、滴下量と硬化条件を従来通り一定にすれば、φ1 は一定なので、端面破壊防止層１０と封止樹脂９との界面（第１の界面）はＺ軸に垂直な面に対してφ1 + θ1 の傾きとなる。封止樹脂９と大気との界面（第２の界面）と併せて２回の屈折により、レーザ光の出射光軸ζとＺ軸とを一致させることができる。
【００１９】
θ1 を求めるため、(1) においてφ1 をφ1+θ1 に置き換えて次の(3) 式を用いる。
【００２０】
【数３】
θ3=(n1/n3) θ1+[(n2-n1)/n3)](φ1+θ1)+[(n3-n2)/n3)]φ2 (3)
ここで、θ3=φ2=0 として(4) 式が得られる。
【００２１】
【数４】
θ1=[(n2-n1)/(n2-2n1)]φ1 (4)
先の、ｎ1 、ｎ2 およびφ1 の値を(4) 式に代入すると、θ1=-2.27 °が得られる。
ポストと一体の主板を2.27°( 図の下方に) だけ 折り曲げて、試作を行った。従来例と本実施例の樹脂封止型のレーザダイオードを各１００個のファー・フィールド・パターン（以下ＦＦＰと記す）を測定して、Ｚ軸と出射レーザ光軸との差を測定したところ、従来例では平均が2.86°（標準偏差= 0.39°）であったのに対して、本実施例では平均が0.05°（標準偏差＝0.38°）とＺ軸と出射方向ζとが一致した。
実施例２
図２は本発明に係る他の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。封止樹脂９の表面をＺ軸に垂直な面からφ2 だけ傾け、他の製造方法は従来と同様とした。そのため、レーザダイオードチップ２から出射したレーザ光は端面破壊防止層１０と封止樹脂９との界面（第１の界面）で屈折して、透明樹脂中のレーザ光軸ζとＺ軸とは一致しないが、封止樹脂９の表面で再び屈折して空気中に出射するときにはＺ軸と一致する。
【００２２】
(1) 式において、θ1=θ3=0 として、次の(5) 式が得られ、φ2 を求めることができる。
【００２３】
【数５】
φ2=-[(n2-n1)/(n3-n2)]φ1 (5)
先の値を代入して（φ1=20°）、φ2=5.16°得られるので、封止樹脂の表面を図２（図では封止樹脂表面の傾きを強調してある）に示すように5.16°傾けたものを試作した。先の実施例と同様に各１００個のＦＦＰを測定して、Ｚ軸とレーザ光の出射方向の差を測定したところ、本実施例では平均が0.04°（標準偏差＝0.39°）とＺ軸と第２の界面からのレーザ光の光軸ζとを一致させることができた。
実施例３
図３は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。レーザ光が通る端面破壊防止層１０と封止樹脂９の界面（第１の界面）および、封止樹脂９の表面（第２の界面）をＺ軸に対して垂直にした。この場合は、光軸ζとＺ軸は一致することは明らかである。
【００２４】
図４は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の端面破壊防止層の成型中の断面図である。リードフレーム（主板、ポストはこの工程ではまだ分離されていない）の一部である主板５ｐ上にサブマウント３とレーザダイオードチップ２を取り付け、ワイヤボンディングした後、レーザ光の出射側を下方に傾け、互いに垂直な２面を有する治具１１にを置き、液状のシリコーン樹脂１０ａを滴下し、オーブンに入れ硬化させた。この治具１１にはテトラフルオロエチレン樹脂等の撥水性の材料またはコーティングを施した板を用いた。シリコーン樹脂は親水性であり、撥水性の支え板には接着しないので、得られた端面破壊防止層１０の平面を損傷せずに治具１１を外すことができる。この後は従来と同様に封止樹脂９で封止した。
【００２５】
先の実施例と同様に各１００個のＦＦＰを測定して、Ｚ軸とレーザ光の出射方向の差を測定したところ、本実施例では平均が0.03°（標準偏差＝0.38°）と、Ｚ軸と第２の界面からのレーザ光の光軸ζとを一致させることができた。
実施例４
図５は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。主ポスト５ｍの固定端部Ｅを外れている主板５ｐのサブマウント搭載部分を適当な値θ1 だけ傾け、他の製造方法は従来と同様とする。端面破壊防止層１０を滴下量と硬化条件を従来通り一定にして形成すれば、端面破壊防止層１０と封止樹脂９との界面（第１の界面）のＺ軸に垂直な面に対するφ1 の傾きは一定となる。レーザダイオードチップ１から出射したレーザ光軸はθ1 （図の下方向に) だけ傾いており、封止樹脂９と大気との界面（第２の界面）と併せて２回の屈折により、レーザ光の出射光軸ζとＺ軸とを一致させることができる。
【００２６】
この様なθ1 を求めるため、(1) 式においてθ3=φ2=0 とすることにより、(6) 式が得られる。
【００２７】
【数６】
θ1=-[(n2-n1)/n1] φ1 (6)
先の、ｎ1 、ｎ2 およびφ1 の値を(6) 式に代入すると、θ1 =-2.04°が得られる。
主ポストのサブマウント搭載部分に、金型のスタンプ成形により、底部が2.04°（図の下方に）だけ傾いた平面の凹部５ｑを形成した。その他は従来通りとして、樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を試作した。
【００２８】
従来例と本実施例の樹脂封止型のレーザダイオードを各１００個のファーフィールドパターンを測定して、Ｚ軸と出射レーザ光軸との差を測定したところ、従来例では平均が2.86°（標準偏差= 0.39°）であったのに対して、本実施例では平均が0.06°（標準偏差＝0.37°）とＺ軸と出射方向ζとが一致した。
実施例５
図６は本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図である。ベースリングの溝部４ｇの方向を、基準面方向に対してθ3 （=2.88 °）（図の下方向に）だけ傾け、他の製造方法は従来と同様とすることにより、樹脂封止部全体をベースリングに対して傾けて、光軸ζとＺ軸とを一致させることがでる。
【００２９】
ベースリングの溝部４ｇをθ3 =2.88 °（図の下方向に）だけ傾け、試作を行った。先の実施例と同様に各１００個のＦＦＰを測定して、Ｚ軸とレーザ光の出射方向の差を測定したところ、本実施例では平均が0.05°（標準偏差＝0.38°）とＺ軸と第２の界面からのレーザ光の光軸ζとを一致させることができた。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングに固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、少なくとも前記チップ光軸、前記第１の界面の法線または前記第２の界面の法線、または前記ベースリングの溝部の方向のいずれかをＺ軸に対して傾けたため、樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の基準中心軸とレーザ光軸の方向を一致させることができ、光学装置への取り付け精度を向上させることができるようになった。そのため、樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を、光軸の高精度が必要な光学機器にも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図２】本発明に係る他の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図３】本発明の実施例３に係る樹脂封止型半導体レーザ装置の図である。
【図４】本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図５】本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図６】本発明に係る別の実施例の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の断面図
【図７】従来のキャンタイプの半導体レーザ装置の要部断面図
【図８】従来の樹脂封止タイプ半導体レーザ装置の透視斜視図
【図９】ベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図
【図１０】ベースリングを有する樹脂封止タイプの半導体レーザ装置のＺ軸とＬＤチップの活性層面の法線を含む面での断面模式拡大図
【符号の説明】
１ レーザダイオードチップ
２ モニタフォトダイオード
３ サブマウント
４ ベース
４０ ベースリング
４ｇ 溝部
４ｄ 基準面
４ｆ 基準面
５ ポスト
５ｍ 主ポスト
５ｓ 補助ポスト
５ｐ 主板
５ｑ 凹部
６ キャン
７ 窓
９ 封止樹脂
１０ 端面破壊防止層
１１ 治具
ζ レーザ光軸
Ｋ１ かしめ痕
Ｋ２ かしめ痕
Claims (8)
- 主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングに固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、少なくとも前記チップ光軸、前記第１の界面の法線または前記第２の界面の法線のいずれかはＺ軸に対して傾いていることにより、前記第２の界面から大気に出射されたレーザ光の光軸がＺ軸に平行であることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 前記チップ光軸および前記第１の界面の法線はＺ軸に対して所定の角度だけ傾いており、前記第２の界面の法線はＺ軸に平行であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
- 前記主板の折り曲げられた部分に前記レーザダイオードは搭載されていることによって、前記チップ光軸はＺ軸に対して傾いていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記主板のレーザダイオードの搭載部分に形成された底部がＺ軸に対して傾いている平面であり、この平面に前記レーザダイオードは搭載されていることによって、前記チップ光軸はＺ軸に対して傾いていることを特徴とする請求項２に記載の半導体レーザ装置。
- 前記チップ光軸はＺ軸に平行であり、前記第１の界面の法線および前記第２の界面の法線はＺ軸に対してそれぞれ所定の角度だけ傾いていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
- 前記主板の端部は前記ベースリングに設けられた溝に固着されていることを特徴とする請求項１ないし５に記載の半導体レーザ装置。
- 主ポストと一体の主板にサブマウントを介して固着されたレーザダイオードチップは端面破壊防止層により被覆され、さらに封止樹脂により封止されてなり、主板の端部が法線をＺ軸とする基準面を有するベースリングの溝部に固着されており、レーザダイオードチップから出射するレーザ光の光軸をチップ光軸、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のレーザ光軸通過域を第１の界面および封止樹脂と大気との界面のレーザ光軸通過域を第２の界面とする半導体レーザ装置において、前記溝部の方向を前記Ｚ軸に対して傾けることにより、前記第２の界面から大気に出射されたレーザ光の光軸がＺ軸に平行とされていることを特徴とする半導体レーザ装置。
- 請求項２ないし６に記載の半導体レーザ装置の製造方法において、前記第１の界面のＺ軸に対する傾きは端面破壊防止層の形成方法により定められることを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
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