JP4952000B2 - OPTICAL DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND OPTICAL DEVICE - Google Patents
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Description
本発明は、同一のパッケージに複数の光素子を収容した光装置およびその製造方法、並びにこの光装置を用いた光機器に関する。 The present invention relates to an optical device in which a plurality of optical elements are accommodated in the same package, a manufacturing method thereof, and an optical device using the optical device.
GaN,AlGaN混晶およびGaInN混晶に代表される窒化物系III−V族化合物半導体(以下、GaN系の半導体ともいう。)を用いた半導体レーザは、既存の光学系を使用して記録・再生が可能な光ディスクの限界波長とされている400nm前後(例えば、405nm)の発振波長が得られることから、Blu-ray (ブルーレイ)あるいはHD−DVD(High Definition DVD )といった次世代光ディスク用の記録・再生装置の光源として利用されている。 Semiconductor lasers using nitride-based III-V compound semiconductors (hereinafter also referred to as GaN-based semiconductors) typified by GaN, AlGaN mixed crystals and GaInN mixed crystals are recorded and recorded using existing optical systems. Since an oscillation wavelength of about 400 nm (for example, 405 nm), which is the limit wavelength of a reproducible optical disc, can be obtained, recording for next-generation optical discs such as Blu-ray or HD-DVD (High Definition DVD) is possible.・ Used as a light source for playback equipment.
次世代光ディスク用の記録・再生装置は、市場の要望に応えるためマルチフォーマット対応とされているものが多い。すなわち、これらは次世代光ディスクだけでなく、DVD(Digital Versatile Disk)またはCD(Compact Disk),CD−R(CD Recordable ),CD−RW(CD Rewritable )あるいはMD(Mini Disk )など、既存の光ディスクの記録・再生にも対応可能である。このことは、現在急速に普及しているDVD用の記録・再生装置においても同様で、それらのほとんどはDVD以前のCD,CD−R等の記録・再生にも対応している。 Many recording / reproducing apparatuses for next-generation optical discs are adapted for multi-format to meet market demands. That is, these are not only next-generation optical disks, but also existing optical disks such as DVD (Digital Versatile Disk) or CD (Compact Disk), CD-R (CD Recordable), CD-RW (CD Rewritable) or MD (Mini Disk). Can also be used for recording and playback. The same applies to DVD recording / reproducing apparatuses that are rapidly spreading at present, and most of them also support recording / reproducing of CD, CD-R, etc. before DVD.
そのようなマルチフォーマット対応の光ディスク装置の光源として、400nm帯の光を発生する半導体レーザと、DVDの記録・再生に用いられる600nm帯(例えば、660nm)またはCD,CD−R等の記録・再生に用いられる700nm帯(例えば、780nm)の光を発生する半導体レーザとを一つのパッケージに収容した多波長レーザの開発が進められている。多波長レーザを用いることにより、種々の光ディスクを記録・再生するための対物レンズやビームスプリッタなどの光学系の部品点数を減らして光学系の構成を簡素化し、光ディスク装置の小型化・薄型化および低コスト化を実現することができる。 As a light source of such a multi-format optical disc device, a semiconductor laser that generates light in the 400 nm band and a 600 nm band (for example, 660 nm) used for DVD recording / reproduction, CD, CD-R, etc. recording / reproduction Development of a multi-wavelength laser in which a semiconductor laser that generates light in the 700 nm band (for example, 780 nm) used in the above is accommodated in one package is underway. By using a multi-wavelength laser, the number of parts of the optical system such as an objective lens and a beam splitter for recording / reproducing various optical disks can be reduced to simplify the structure of the optical system, and the optical disk apparatus can be made smaller and thinner. Cost reduction can be realized.
ここで、600nm帯の半導体レーザと700nm帯の半導体レーザとはいずれもGaAs基板に形成されるので、1チップ内に作り込むこと(いわゆるモノリシック化)が可能である。一方、400nm帯の半導体レーザの基板としては、サファイア,SiC,ZnOあるいはGaN基板が用いられているが、GaAs基板を用いることはできない。そのため、従来では、400nm帯の半導体レーザを取り込んだ多波長レーザは、例えば図15に示したように、GaN基板211を用いた400nm帯の半導体レーザ210と、GaAs基板221を用いた600nm帯および700nm帯のモノリシック型半導体レーザ220とを支持基体230上に重ねて実装した、いわゆるハイブリッド型とされている(例えば、特許文献1参照。)。
Here, since both the 600 nm band semiconductor laser and the 700 nm band semiconductor laser are formed on the GaAs substrate, they can be formed in one chip (so-called monolithic). On the other hand, a sapphire, SiC, ZnO or GaN substrate is used as a substrate for a 400 nm band semiconductor laser, but a GaAs substrate cannot be used. Therefore, conventionally, a multi-wavelength laser incorporating a 400 nm band semiconductor laser includes, for example, a 400 nm
また、ハイブリッド型の多波長レーザを作製する際に、二つの半導体レーザ同士の接合をフリップチップ接合により行うことも提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
しかしながら、従来のハイブリッド型の多波長レーザでは、GaN基板211の裏面にワイヤW1,W2を接合してパッケージ(図示せず)への電気的接続を行うので、半導体レーザ210の寸法を大きくする必要があった。ところが、2005年3月現在、良質なGaN基板を製造可能な基板メーカは少なく、かつ技術的にも難しいということから高価格である。そのため、半導体レーザ210の寸法を大きくすることはそのまま原料コスト増大につながってしまうという問題があった。
However, in the conventional hybrid type multi-wavelength laser, the wires W1 and W2 are joined to the back surface of the GaN substrate 211 to make an electrical connection to a package (not shown), so that the size of the
図16に示したように、半導体レーザ210,220の積層順序を逆にすれば半導体レーザ210の寸法を小さくしてもワイヤの接合が可能になる。しかし、この場合、半導体レーザ220のGaAs基板側を支持基体230に対向させて実装すると、GaAs基板の熱伝導性が乏しいので、放熱性能が低下して寿命が確保できなくなってしまい、一方、GaAs基板側を半導体レーザ210側に対向させて実装すると、各波長帯の独立駆動のための実装工程が難しくなってしまっていた。
As shown in FIG. 16, if the stacking order of the
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、放熱性能および寿命を確保し、原料コストを抑えることができる光装置およびその製造方法、並びに光機器を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an optical device, a manufacturing method thereof, and an optical device that can ensure heat dissipation performance and life and suppress raw material costs.
本発明による光装置は、同一のパッケージに複数の光素子を収容したものであって、以下の(A)〜(F)の要件を備えている。
(A) パッケージに設けられた支持基体
(B) 支持基体上に導電性接着層を間にして配設され、複数の光素子のうち熱伝導率が最も大きい第1の光素子
(C) 一部が第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように第1の光素子に接合された第2の光素子
(D) 第2の光素子の第1の光素子側の面に、複数の光素子の各々に対応すると共に、少なくとも張出領域にかかるように設けられた配線パターン層
(E) 支持基体の表面に、配線パターン層の張出領域にかかる部分に対応して設けられたパッド層
(F) 配線パターン層の張出領域にかかる部分とパッド層との間に設けられたバンプ接続部
The optical device according to the present invention accommodates a plurality of optical elements in the same package, and has the following requirements (A) to ( F ).
(A) Support base provided in package (B) First optical element (C) disposed on a support base with a conductive adhesive layer in between and having the highest thermal conductivity among a plurality of optical elements Second optical element joined to the first optical element so that the portion projects like a bowl around the first optical element
(D) A wiring pattern layer provided on the surface of the second optical element on the first optical element side so as to correspond to each of the plurality of optical elements and to cover at least the overhanging region.
(E) A pad layer provided on the surface of the support base so as to correspond to a portion of the wiring pattern layer overhanging region.
(F) Bump connection portion provided between the portion of the wiring pattern layer over the overhang region and the pad layer
本発明の光装置では、支持基体に、複数の光素子のうち熱伝導率が最も大きい第1の光素子が配設されているので、第2の光素子において発生した熱は、第1の光素子を介して速やかに放散される。よって、第2の光素子の温度上昇が防止され、長時間にわたって安定に動作する。また、第2の光素子は、一部が第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように第1の光素子に接合されており、第2の光素子の第1の光素子側の面には、複数の光素子の各々に対応する配線パターン層が、少なくとも張出領域にかかるように設けられている。配線パターン層の張出領域にかかる部分と、支持基体上のパッド層との間にバンプ接続部が設けられている。これにより、バンプ接続部を介して第1の光素子または第2の光素子と外部電源とが電気的に接続される。よって、第1の光素子の寸法を小さくすることが可能となる。 In the optical device of the present invention, since the first optical element having the highest thermal conductivity among the plurality of optical elements is disposed on the support base, the heat generated in the second optical element is the first optical element. It is quickly dissipated through the optical element. Therefore, the temperature rise of the second optical element is prevented, and the second optical element operates stably for a long time. Further, the second optical element is joined to the first optical element so that a part of the second optical element protrudes like a bowl around the first optical element, and the second optical element is on the first optical element side. On this surface, a wiring pattern layer corresponding to each of the plurality of optical elements is provided so as to cover at least the overhanging region. A bump connection portion is provided between a portion of the wiring pattern layer over the overhang region and the pad layer on the support base. Accordingly, the first optical element or the second optical element and the external power source are electrically connected via the bump connection portion. Therefore, it is possible to reduce the size of the first optical element.
本発明による光装置の製造方法は、同一のパッケージに複数の光素子を収容した光装置を製造するものであって、以下の(A)〜(F)の工程を含んでいる。
(A) 複数の光素子のうち熱伝導率が最も大きい第1の光素子を形成する工程
(B) 第1の光素子側の面に、複数の光素子の各々に対応する配線パターン層を有する第2の光素子を形成する工程
(C) 第1の光素子に、第2の光素子を、一部が第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように接合すると共に、配線パターン層が少なくとも張出領域にかかるようにする工程
(D) 第2の光素子の張出領域の配線パターン層上にバンプ接続部を設ける工程
(E) 支持基体に、バンプ接続部を接合するためのパッド層と、第1の光素子を接合するための導電性接着層とを同一材料により構成する工程
(F) バンプ接続部を間にして配線パターン層の張出領域にかかる部分とパッド層とを接合すると同時に、導電性接着層を間にして第1の光素子と支持基体とを接合する工程
An optical device manufacturing method according to the present invention manufactures an optical device in which a plurality of optical elements are accommodated in the same package, and includes the following steps (A) to ( F ).
(A) The process of forming the 1st optical element with the largest thermal conductivity among several optical elements.
(B) A step of forming a second optical element having a wiring pattern layer corresponding to each of the plurality of optical elements on the surface on the first optical element side.
(C) The second optical element is joined to the first optical element so that a part of the second optical element protrudes in a hook shape around the first optical element , and the wiring pattern layer covers at least the extended region. step of the
(D) A step of providing a bump connection portion on the wiring pattern layer in the overhang region of the second optical element.
(E) A step of forming a pad layer for bonding the bump connecting portion and a conductive adhesive layer for bonding the first optical element with the same material on the supporting base.
(F) A step of bonding the first optical element and the support substrate with the conductive adhesive layer in between, at the same time as bonding the pad layer and the portion of the wiring pattern layer extending over the bump connection portion.
本発明による光機器は、上記本発明による光装置を備えたものである。 An optical apparatus according to the present invention includes the optical device according to the present invention.
本発明の光機器では、放熱性能に優れると共に第1の光素子の寸法を小さくした本発明の光装置を用いて構成されているので、寿命が確保されると共に原料コストが抑えられる。 Since the optical device of the present invention is configured using the optical device of the present invention having excellent heat dissipation performance and a reduced size of the first optical element, the lifetime is ensured and the raw material cost is suppressed.
本発明の光装置によれば、支持基体に、複数の光素子のうち熱伝導率が最も大きい第1の光素子を配設するようにしたので、放熱性能を高め、寿命を確保することができる。また、第2の光素子を、一部が第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように第1の光素子に接合している。第2の光素子の第1の光素子側の面には、複数の光素子の各々に対応する配線パターン層を、少なくとも張出領域にかかるように設けている。配線パターン層の張出領域にかかる部分と、支持基体上のパッド層との間に、バンプ接続部を設けている。これにより、バンプ接続部を介して第1の光素子または第2の光素子と外部電源との電気的接続をとることができる。よって、第1の光素子の寸法を小さくすることが可能となり、原料コストを抑えることができる。 According to the optical device of the present invention, since the first optical element having the highest thermal conductivity among the plurality of optical elements is disposed on the support base, the heat dissipation performance can be improved and the life can be ensured. it can. In addition, the second optical element is joined to the first optical element so that a part of the second optical element protrudes around the first optical element . On the surface of the second optical element on the first optical element side, a wiring pattern layer corresponding to each of the plurality of optical elements is provided so as to cover at least the protruding region. A bump connection portion is provided between the portion of the wiring pattern layer over the overhang region and the pad layer on the support substrate. Thereby, the electrical connection between the first optical element or the second optical element and the external power source can be established via the bump connection portion. Therefore, the dimension of the first optical element can be reduced, and the raw material cost can be suppressed.
本発明の光装置の製造方法によれば、第1の光素子に、第2の光素子を、一部が第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように接合すると共に、第2の光素子上の配線パターン層が少なくとも張出領域にかかるようにする。張出領域の配線パターン上にバンプ接続部を設けたのち、このバンプ接続部を間にして配線パターン層の張出領域にかかる部分と支持基体上のパッド層とを接合する。よって、例えばウェハ形態の支持基体にフリップチップボンディングすることが可能となり、生産性を著しく高めることができる。また、支持基体には、バンプ接続部を接合するためのパッド層と、第1の光素子を接合するための導電性接着層とを同一材料により構成しておき、バンプ接続部を間にして第2の光素子と支持基体とを接合するのと同時に、導電性接着層を間にして第1の光素子と支持基体とを接合するようにしたので、電気的接続と放熱経路確保とを同一工程で達成することができるという製造上の利点も得られる。 According to the method for manufacturing an optical device of the present invention , the second optical element is joined to the first optical element so that a part of the second optical element protrudes around the first optical element. The wiring pattern layer on the optical element is at least on the overhanging region. After the bump connection portion is provided on the wiring pattern in the overhanging region, the portion of the wiring pattern layer over the overhanging region and the pad layer on the support substrate are bonded with the bump connection portion in between. Therefore , for example, flip chip bonding can be performed on a support substrate in the form of a wafer, and productivity can be significantly increased. In addition, the pad base for bonding the bump connection portion and the conductive adhesive layer for bonding the first optical element are made of the same material on the support base, with the bump connection portion in between. At the same time when the second optical element and the supporting base are joined, the first optical element and the supporting base are joined with the conductive adhesive layer interposed therebetween, so that the electrical connection and the heat radiation path are secured. There is also a manufacturing advantage that can be achieved in the same process.
本発明の光機器によれば、本発明の光装置を用いて構成するようにしたので、放熱性能を高めて寿命を確保することができると共に、低コスト化を実現することができる。 According to the optical device of the present invention, since the optical device of the present invention is used, the heat radiation performance can be improved to ensure the lifetime, and the cost can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔第1の実施の形態〕
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置の断面構造を表すものである。この半導体レーザ装置10Aは、支持基体11に、第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30を順に重ねて配設したものである。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention. In this
第2の半導体レーザ30は、一部が第1の半導体レーザ20の周囲に庇状に張り出した張出領域30Aとなるように溶着層40を間にして第1の半導体レーザ20に接合されている。張出領域30Aと支持基体11との間には、バンプ接続部50が設けられている。これにより、この半導体レーザ装置10Aでは、バンプ接続部50を介して第1の半導体レーザ20または第2の半導体レーザ30と外部電源との電気的接続をとることができ、第1の半導体レーザ20の寸法を小さくして原料コストを抑えることが可能となっている。例えば、本実施の形態では、第1の半導体レーザ20の寸法は、共振器長300μm、幅200μm、厚さ80μmまで小さくされている。ちなみに、第2の半導体レーザ30の寸法は、共振器長350μm、幅450μm、厚さ150μmである。
The
支持基体11は、ヒートシンク11Aとサブマウント11Bとを溶着層11Cを間にして接合した構成を有している。第1の半導体レーザ20およびバンプ接続部50は、サブマウント11Bに接合されている。
The
ヒートシンク11Aは、第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30において発生した熱を放散する放熱部材としての機能を有しており、銅(Cu)などの金属により構成されている。このヒートシンク11Aは、また、図示しない外部電源に対して電気的に接続されており、第1の半導体レーザ20を外部電源に対して電気的に接続する役割も有している。
The
サブマウント11Bは、ヒートシンク11Aへの熱伝導性を確保して駆動時のチップ温度上昇を防ぎ、長寿命を得るためのものであり、例えばシリコン(Si)により構成されているが、より放熱性能を高めるためAlNにより構成されていてもよい。
The
サブマウント11Bの表面には、図2(A)に示したように、バンプ接続部50を設けるためのパッド層12A〜12Dが設けられている。パッド層12A〜12Dは、少なくとも最表面がアルミニウム(Al)により構成されていることが好ましい。バンプ接続部50を後述するように金(Au)ボールにより構成した場合に、接合強度を高めることができるからである。具体的には、パッド層12A〜12Dは、例えば金(Au)層とアルミニウム(Al)層とをサブマウント11B側から順に積層した構造を有している。
As shown in FIG. 2A, pad layers 12 </ b> A to 12 </ b> D for providing
このサブマウント11Bの表面のうちパッド層12A〜12Dが形成されていない領域には、第1の半導体レーザ20を配設するための導電性接着層13が形成されている。この導電性接着層13は、例えばはんだにより構成されていることが好ましい。熱伝導性を高めることができるからである。具体的には、スズ(Sn),金(Au)とスズ(Sn)との合金,スズ(Sn)と亜鉛(Zn)との合金または銀(Ag)と(Sn)との合金が挙げられる。なお、導電性接着層13を構成するはんだの融点は、第1の半導体レーザ20と第2の半導体レーザ30とを接合するための溶着層40を構成するはんだの融点よりも低いことが好ましい。また、導電性接着層13は、例えば銀(Ag)ペーストにより構成されていてもよい。
A
溶着層11Cは、放熱性を確保できる材料により構成されていることが好ましく、例えば銀(Ag)ペーストまたははんだにより構成されていることが好ましい。特に、銀ペーストは製造能力を高めることができ、はんだは熱伝導性が良くなるという利点がある。例えば再生用の光ディスク装置には、駆動電流が低いために発熱量も小さいので、銀ペーストが好ましい。
The
第1の半導体レーザ20は、例えば、400nm前後の波長の光を出射可能なものである。この半導体レーザ20は、例えばGaNよりなる第1基板21上に、例えば窒化物系III−V族化合物半導体よりなる第1半導体層22が設けられたものである。ここで窒化物系III−V族化合物半導体とは、短周期型周期率表における3B族元素のうちの少なくとも1種と、短周期型周期率表における5B族元素のうちの少なくとも窒素(N)とを含むものをいう。この第1の半導体レーザ20は、第1基板21側をサブマウント11Bに対向させ、導電性接着層13を間にしてサブマウント11Bに接合されている。
For example, the
第1基板21は、例えば、n型不純物としてケイ素(Si)が添加されたn型GaNにより構成されており、その積層方向における厚さ(以下、単に厚さという。)は例えば80〜100μmである。また、GaNは、約1.3W/(cm・K)と高い熱伝導率を有する熱伝導性に優れた材料であるので、GaNよりなる第1基板21を有する第1の半導体レーザ20は第2の半導体レーザ30よりも熱伝導率が大きい。よって、この半導体レーザ装置10Aでは、サブマウント11B,第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30が熱伝導率の大きいものから小さいものへと順に積層されており、放熱性能を高め、寿命を確保することができるようになっている。
The
第1半導体層22は、例えば、図示しないが、n型クラッド層,活性層,劣化防止層,p型クラッド層およびp側コンタクト層が第1基板21の側からこの順に積層された構成を有している。n型クラッド層は、例えば、n型不純物としてケイ素が添加されたn型AlGaN混晶により構成されている。活性層は、組成の異なるGax In1-x N(但し、x≧0)混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。なお、この活性層は発光部として機能するものである。劣化防止層は、例えば、p型不純物としてマグネシウム(Mg)が添加されたp型AlGaN混晶により構成されている。p型クラッド層は、例えば、p型不純物としてマグネシウムが添加されたp型AlGaN混晶により構成されている。p側コンタクト層は、例えば、p型不純物としてマグネシウムが添加されたp型GaNにより構成されている。p型クラッド層の一部およびp側コンタクト層は、電流狭窄のため共振器方向に延長された細い帯状に形成されており、活性層のうちp側コンタクト層に対応する領域が発光領域(電流注入領域)となっている。p側コンタクト層の側面およびp型クラッド層の上面は二酸化ケイ素(SiO2 )などよりなる絶縁層により覆われている。
Although not shown, the
第2半導体層22上には、p側電極23が形成されている。このp側電極23は、例えば、第2半導体層22側からパラジウム(Pd),白金(Pt)および金(Au)を順次積層したものであり、第2半導体層22のp側コンタクト層と電気的に接続されている。また、第1基板21の裏面には、n側電極24が設けられている。n側電極24は、例えば、第1基板21の側から、チタン(Ti)およびアルミニウム(Al)を順次積層して熱処理により合金化したものであり、導電性接着層13を介してサブマウント11Bと電気的に接続されている。
A p-
また、この第1の半導体レーザ20では、共振器方向において対向する一対の端面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面には反射鏡膜(図示せず)がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜は反射率が低くなるように調整され、他方の反射鏡膜は反射率が高くなるように調整されている。これにより、活性層において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、低反射率の反射鏡膜からレーザビームとして射出されるようになっている。
In the
第2の半導体レーザ30は、例えば、GaAsよりなる第2基板31上に、第2半導体層32として、第1レーザ発振部60および第2レーザ発振部70が並列形成されたものである。第1レーザ発振部60および第2レーザ発振部70は、例えば200μm程度以下の間を隔て、共振器方向を第1の半導体レーザ20と揃えて配置されている。また、第1レーザ発振部60の後述する発光領域と第2レーザ発振部70の後述する発光領域との間隔は約110μmとなっており、第2レーザ発振部70の発光領域の真下に第1の半導体レーザ20の発光領域が位置している。第2レーザ発振部70の発光領域と第1の半導体レーザ20の発光領域との間隔は約5μmである。
In the
第2基板31は、例えば、厚さが100μm程度であり、n型不純物としてケイ素が添加されたn型GaAsにより構成されている。
For example, the
第1レーザ発振部60は、例えば、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともガリウム(Ga)と短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともヒ素(As)とを含むIII−V族化合物半導体よりそれぞれなるn型クラッド層,活性層,p型クラッド層およびp型キャップ層が第2基板31の側からこの順に積層された構成を有している。
The first
具体的には、n型クラッド層は、例えば、n型不純物としてケイ素が添加されたn型AlGaAs混晶により構成されている。活性層は、例えば、組成の異なるAlx Ga1-x As(但し、x≧0)混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。なお、この活性層は発光部として機能するものであり、その発光波長は例えば700nm帯である。p型クラッド層は、例えば、p型不純物として亜鉛が添加されたp型AlGaAs混晶により構成されている。p型キャップ層44は、例えば、p型不純物として亜鉛が添加されたp型GaAsにより構成されている。なお、p型クラッド層の一部およびp型キャップ層は、電流狭窄のため共振器方向に延長された細い帯状となっており、p型キャップ層に対応する活性層の領域が発光領域(電流注入領域)となっている。この帯状部分の両側には、電流ブロック領域がそれぞれ設けられている。 Specifically, the n-type cladding layer is made of, for example, an n-type AlGaAs mixed crystal to which silicon is added as an n-type impurity. The active layer has, for example, a multiple quantum well structure of a well layer and a barrier layer formed by mixed crystals of Al x Ga 1-x As (where x ≧ 0) having different compositions. In addition, this active layer functions as a light emission part, The light emission wavelength is a 700 nm band, for example. The p-type cladding layer is made of, for example, a p-type AlGaAs mixed crystal to which zinc is added as a p-type impurity. The p-type cap layer 44 is made of, for example, p-type GaAs to which zinc is added as a p-type impurity. Note that a part of the p-type cladding layer and the p-type cap layer have a thin band shape extending in the direction of the resonator for current confinement, and the region of the active layer corresponding to the p-type cap layer is a light emitting region (current Injection region). Current blocking regions are provided on both sides of the belt-like portion.
第1レーザ発振部60上には、p側電極61が形成されている。このp側電極61は、例えば、第1レーザ発振部60側からチタン(Ti),白金(Pt)および金(Au)を順次積層したものであり、第1レーザ発振部60のp型キャップ層と電気的に接続されている。
A p-
第2レーザ発振部70は、例えば、短周期型周期表における3B族元素のうちの少なくともインジウム(In)と短周期型周期表における5B族元素のうちの少なくともリン(P)とを含むIII−V族化合物半導体よりそれぞれなるn型クラッド層,活性層,p型クラッド層およびp型キャップ層が第2基板31の側からこの順に積層された構成を有している。
The second
具体的には、n型クラッド層は、例えば、n型不純物としてケイ素が添加されたn型AlGaInP混晶により構成されている。活性層は、例えば、組成の異なるAlx Gay In1-x-y P(但し、x≧0かつy≧0)混晶によりそれぞれ形成された井戸層とバリア層との多重量子井戸構造を有している。なお、この活性層は、発光部として機能するものであり、その発光波長は例えば600nm帯である。p型クラッド層は、例えば、p型不純物として亜鉛が添加されたp型AlGaInP混晶により構成されている。p型キャップ層は、例えば、p型不純物として亜鉛が添加されたp型GaAsにより構成されている。なお、p型クラッド層の一部およびp型キャップ層は、電流狭窄のため共振器方向に延長された細い帯状となっており、p型キャップ層に対応する活性層の領域が発光領域(電流注入領域)となっている。この帯状部分の両側には、電流ブロック領域がそれぞれ設けられている。 Specifically, the n-type cladding layer is made of, for example, an n-type AlGaInP mixed crystal to which silicon is added as an n-type impurity. The active layer has, for example, a multiple quantum well structure of a well layer and a barrier layer formed by mixed crystals of Al x Ga y In 1-xy P (where x ≧ 0 and y ≧ 0) having different compositions. ing. In addition, this active layer functions as a light emission part, The light emission wavelength is a 600 nm band, for example. The p-type cladding layer is made of, for example, a p-type AlGaInP mixed crystal to which zinc is added as a p-type impurity. The p-type cap layer is made of, for example, p-type GaAs to which zinc is added as a p-type impurity. Note that a part of the p-type cladding layer and the p-type cap layer have a thin band shape extending in the direction of the resonator for current confinement, and the region of the active layer corresponding to the p-type cap layer is a light emitting region (current Injection region). Current blocking regions are provided on both sides of the belt-like portion.
第2レーザ発振部70上には、p型キャップ層と電気的に接続され、例えばp側電極61と同様の構成を有するp側電極71が設けられている。
On the second
一方、第2基板31の裏面には、第1レーザ発振部60および第2レーザ発振部70に共通のn側電極33が形成されている。このn側電極33は、例えば、第2基板31の側から金(Au)とゲルマニウム(Ge)との合金,ニッケル(Ni)および金(Au)を順次積層して熱処理により合金化したものである。
On the other hand, an n-
また、第2の半導体レーザ30では、共振器方向において対向する一対の端面が共振器端面となっており、第1レーザ発振部60および第2レーザ発振部70それぞれにおいてこの一対の共振器端面には反射鏡膜(図示せず)がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜では、反射率の高低が第1の半導体レーザ20に設けられた図示しない一対の反射鏡膜と対応するようにそれぞれ設定されており、第1の半導体レーザ20並びに第2の半導体レーザ30の第1レーザ発振部60および第2レーザ発振部70は、それぞれ同一の側から光が出射するようになっている。
Further, in the
図2(B)は第2の半導体レーザ30を第1の半導体レーザ20側から見た構成を表したものである。第2の半導体レーザ30の第1の半導体レーザ20に対向する面には、四つの配線パターン層34A,34B,34C,34Dが設けられており、それ以外の領域は二酸化ケイ素などよりなる絶縁層35で覆われている。配線パターン層34A〜34Dは、例えば金(Au)により構成されている。
FIG. 2B shows a configuration in which the
配線パターン層34Aは、溶着層40を介して第1の半導体レーザ20のp側電極23に電気的に接続されている。また、配線パターン層34Bは、第2レーザ発振部70のp側電極71に、配線パターン層34Cは第1レーザ発振部60のp側電極61に、それぞれ電気的に接続されている。これら配線パターン層34A〜34Cは、第1の半導体レーザ20との接合領域30Bを超えて、張出領域30Aにかかるように形成されている。一方、配線パターン層34Dは、張出領域30Bのみに形成されている。この配線パターン層34Dは、第2の半導体レーザ30の姿勢を安定させるためのダミーとして設けられたものであって必ずしも設けなくてもよく、その場合、パッド層12Dも不要である。
The wiring pattern layer 34 </ b> A is electrically connected to the p-
溶着層40は、例えばはんだにより構成されている。溶着層40の構成材料としては、導電性接着層13と同様に、例えば、スズ(Sn),金(Au)とスズ(Sn)との合金,スズ(Sn)と亜鉛(Zn)との合金または銀(Ag)と(Sn)との合金が挙げられる。
The
バンプ接続部50は、配線パターン層34A〜34Dの張出領域30BAにかかる部分と、各々に対応するパッド層13A〜13Dとの間に設けられており、例えば、金(Au),アルミニウム(Al)および銅(Cu)からなる群のうち少なくとも1種よりなるボールバンプにより構成されていることが好ましい。これらは潰れやすく、第1の半導体レーザ20の厚さの製造ばらつきを吸収することができるからである。中でも金(Au)が好ましい。金(Au)は熱伝導率が高いので、第2の半導体レーザ30で発生した熱をバンプ接続部50を介して直接サブマウント11Bへと放散させることができるからである。なお、バンプ接続部50の高さは、第1の半導体レーザ20の厚さ以上であることが必要である。そのため、バンプ接続部50は、第1の半導体レーザ20の厚さおよびボールバンプの寸法に応じて、2個以上重ねた構成とされていてもよい。
The
この半導体レーザ装置10Aは、例えば図3に示したように、パッケージ1の内部に収容されて用いられる。このパッケージ1は、例えば、円板状の支持体2と、この支持体2の一面側に設けられた蓋体(図示せず)とを備えている。蓋体の内部には、支持体2により支持基体11が支持されて半導体レーザ装置10Aが収容されており、半導体レーザ装置10Aから出射された光は、蓋体の取り出し窓(図示せず)から取り出されるようになっている。
This
また、このパッケージ1には、導電性を有する複数のピン3A〜3Eが設けられており、ピン3Eは支持基体11に対して電気的に接続されている。他のピン3A〜3Dは、例えば絶縁リング4A〜4Dを介して支持体2を貫通し、蓋体の内部から外部に向かって設けられている。ピン3Aにはワイヤ5Aを介してパッド層12Aが電気的に接続され、ピン3Bにはワイヤ5Bを介してパッド層13Bが電気的に接続され、ピン3Cにはワイヤ5Cを介してパッド層13Cが電気的に接続されている。n側電極33はワイヤ5Fを介してヒートシンク11Aに電気的に接続されている。なお、ここでは、5本のピン3A〜3Eを備えたパッケージ1を例に挙げて説明したが、ピンの数は適宜に設定することができる。ワイヤ5A〜5C,5Fは例えば金(Au)により構成されている。
The
このような半導体レーザ装置10Aは次のようにして製造することができる。
Such a
まず、図4(A)に示したように、例えば、厚さ400μm程度のn型GaNよりなる第1基板21を用意し、この第1基板21の表面に、例えばMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition ;有機金属化学気相成長)法により、上述した材料よりなる第2半導体層22を成長させ、その上にp側電極23を形成する。更に、第1基板21の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングして第1基板21の厚さを例えば100μm程度としたのち、第1基板21の裏面にn側電極24を形成する。なお、図4では第2半導体層22,p側電極23およびn側電極24は省略している。
First, as shown in FIG. 4A, for example, a
次いで、図4(B)に示したように、第1基板21を例えばp側電極23の長さ方向に対して垂直に所定の幅で劈開し、その劈開面に一対の反射鏡膜を形成する。続いて、図4(C)に示したように、第1基板21を切断し、所定のチップサイズに整える。これにより、第1の半導体レーザ20が作製される。
Next, as shown in FIG. 4B, the
また一方、図5(A)に示したように、例えば、厚さ350μm程度のn型GaAsよりなる第2基板31を用意し、この第2基板31の表面にMOCVD法により、上述した材料よりなる第1レーザ発振部60および第2レーザ発振部70をそれぞれ形成し、その上にp側電極61,71をそれぞれ形成する。続いて、図5(B)および図6に示したように、p側電極61,71上に絶縁層35,配線パターン層34A〜34Dおよび溶着層40を形成する。なお、図5では第1レーザ発振部60,第2レーザ発振部70,p側電極61,71および絶縁層35は省略している。
On the other hand, as shown in FIG. 5A, for example, a
更に、第2基板31の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングすることにより、第2基板31の厚さを例えば100μm程度としたのち、この第2基板31の裏面に、第1レーザ発振部60および第2レーザ発振部70に共通のn側電極33を形成する。
Further, the back surface side of the
そののち、第2基板31を例えばp側電極46,57の長さ方向に対して垂直に所定の幅で劈開し、その劈開面に一対の反射鏡膜を形成する。続いて、第2基板31を切断し、所定のチップサイズに整える。これにより、第2の半導体レーザ30が作製される。
After that, the
このようにして第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30をそれぞれ作製したのち、図7に示したように、窒素(N2 )雰囲気中で、第2の半導体レーザ30を加熱ステージ81に載置し、第2の半導体レーザ30の上に第1の半導体レーザ20を設置して、加重印加のためのコレット82で押さえる。
After the
このとき、まず、第2レーザ発振部70の発光領域の真下に第1の半導体レーザ20の発光領域が位置するように調整する。この位置合わせはそれぞれの外形認識により行うことが可能である。より高い精度を求めるには第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30をそれぞれ発光させ画像認識を行うようにすればよい。外形認識と発光点認識との切替点は製造設備や管理基準に依存し、一律に決められないが、一般に20μm程度あれば外形認識、それ以上では発光点認識が望ましい。なお、第1レーザ発振部60と第2レーザ発振部70との位置関係はマスク精度で決定されるため1μm程度は達成される。よって、第1の半導体レーザ20と第2の半導体レーザ30との貼り合わせ精度が発光部の位置合わせ精度を律することになる。
At this time, first, adjustment is made so that the light emitting region of the
続いて、同じく図7に示したように、コレット82で加重を加えたまま加熱し、溶着層40を間にして第2の半導体レーザ30と第1の半導体レーザ20とを接合する。その際、例えば溶着層40をスズ(Sn)により構成した場合、加熱処理では、80℃に予備加熱し、20秒で280℃まで昇温し30秒保持、そののち80℃まで冷却する。なお、この温度プロファイルは一例であり、コレット82やはんだ付け設備に依存するため一律ではない。
Subsequently, as shown in FIG. 7, the
第1の半導体レーザ20と第2の半導体レーザ30とを接合したのち、図8に示したように、例えば金(Au)ワイヤを用いて、各配線パターン層34A〜34D上にバンプ接続部50を形成する。このとき、バンプ接続部50の高さは、第1の半導体レーザ20よりも高くしておく。また、バンプ接続部50は、第2の半導体レーザ30側、すなわち配線パターン層34A〜34D上に設けることが好ましい。このようにすれば、ウェハ形態のサブマウント11Bにフリップチップボンディングすることができ、生産性を高めることができるからである。なお、バンプ接続部50をサブマウント11B側に設けることも可能であるが、この場合、個片同士のバンプ接続となり、生産性を高めることが難しくなる。
After joining the
そののち、図9に示したように、予めパッド層12A〜12Dおよび導電性接着層13が設けられたサブマウント11Bを用意し、例えば超音波接合により、バンプ接続部50を間にしてサブマウント11Bと第2の半導体レーザ30とをフリップチップボンディングにより接合する。
After that, as shown in FIG. 9, the
バンプ接続部50を間にしてサブマウント11Bと第2の半導体レーザ30とを超音波接合でフリップチップボンディングしたのち、別途加熱処理を行い、導電性接着層13を間にして第1の半導体レーザ20とサブマウント11Bとを接合する。
After flip-chip bonding of the
そののち、ダイシングによりサブマウント11Bの大きさを整える。更に、サブマウント11Bを溶着層11Cを間にしてヒートシンク11Aに接合する。以上により、図1に示した半導体レーザ装置10Aが完成する。
After that, the size of the submount 11B is adjusted by dicing. Further, the
この半導体レーザ装置10Aは、図3に示したようなパッケージ1に収納され、次のように動作する。
This
この半導体レーザ装置10Aでは、パッケージ1のピン3Aおよびピン3Eを介して第1の半導体レーザ20のp側電極23とn側電極24との間に電圧が印加されると、活性層に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こり、第1の半導体レーザ20から400nm前後の波長の光が出射される。また、ピン3Cおよびピン3Eを介して第2の半導体レーザ30のn側電極33とp側電極61との間に所定の電圧が印加されると、活性層に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こり、第1レーザ発振部60から700nm帯の波長の光が出射される。更に、ピン3Bおよびピン3Eを介して第2の半導体レーザ30のn側電極33とp側電極71との間に所定の電圧が印加されると、活性層に電流が注入され、電子−正孔再結合により発光が起こり、第2レーザ発振部70から600nm帯の波長の光が出射される。これらの光は、パッケージ1の取り出し窓(図示せず)を介してパッケージ1の外部に取り出される。
In this
なお、発光の際には熱も発生するが、ここでは、サブマウント11Bに、第2の半導体レーザ30よりも熱伝導率の大きな第1の半導体レーザ20が配設されているので、第1レーザ発振部60または第2レーザ発振部70において発生した熱は、第1の半導体レーザ20およびサブマウント11Bを介してヒートシンク11Aへと速やかに放散される。また、第1の半導体レーザ20において発生した熱は、サブマウント11Bを介してヒートシンク11Aへと速やかに放散される。
Although heat is also generated during light emission, the
このように本実施の形態の半導体レーザ装置10Aでは、サブマウント11Bに、第2の半導体レーザ30よりも熱伝導率の大きな第1の半導体レーザ20を配設するようにしたので、放熱性能を高め、寿命を確保することができる。また、第2の半導体レーザ30の張出領域30Aとサブマウント11Bとの間にバンプ接続部50を設けるようにしたので、このバンプ接続部50を介して第1の半導体レーザ20または第2の半導体レーザ30と外部電源との電気的接続をとることができる。よって、第1の半導体レーザ20の寸法を小さくすることが可能となり、原料コストを抑えることができる。
As described above, in the
特に、バンプ接続部50を、金(Au),アルミニウム(Al)および銅(Cu)からなる群のうち少なくとも1種により構成したので、第1の半導体レーザ20の厚さの製造ばらつきを吸収することができる。
In particular, since the
なお、上記実施の形態では、第2の半導体レーザ30の第1レーザ発振部60と第2レーザ発振部70とが同一の第2基板31に形成されている場合について説明したが、図10に示したように、これらは別々の第2基板31に形成されていてもよい。
In the above embodiment, the case where the first
なお、この半導体レーザ装置10Aは、例えば光ディスク記録再生装置に用いられる。図11は、その光ディスク記録再生装置の構成を模式的に表すものである。この光ディスク記録再生装置100は、波長の異なる光を用いて光ディスクDに記録されている情報をそれぞれ再生し、また光ディスクDに情報を記録するためのものである。この光ディスク記録再生装置100は、本実施の形態に係る半導体レーザ装置10Aと、半導体レーザ装置10Aから出射した所定の発光波長の出射光Loutを光ディスクDへ導くと共に、光ディスクDからの信号光(反射光Lref)を読み取るための光学系とを備えている。この光学系には、例えば、ビームスプリッタ111,戻り光ノイズ抑制のための4分の1波長板112,立上ミラー113,対物レンズ114,並びに受光素子および信号光再生回路(いずれも図示せず)などを含む信号光検出器115が含まれる。
The
この光ディスク記録再生装置100では、半導体レーザ装置10Aから出射した例えば強度の大きい出射光Loutは、ビームスプリッタ111で反射し、立上ミラー113で反射する。この立上ミラー113で反射した出射光Loutは、対物レンズ114により集光されて光ディスクDに入射する。これにより、光ディスクDに情報が書き込まれる。また、半導体レーザ装置10Aから出射した例えば微弱な出射光Loutは、上述したように各光学系を経て光ディスクDに入射したのち、光ディスクDで反射する。この反射光Lrefは、対物レンズ114,立上ミラー113,およびビームスプリッタ111を経て、信号光検出器115の受光素子に入射し、ここで電気信号に変換された後、信号光再生回路において光ディスクDに書き込まれた情報の再生が行われる。
In the optical disc recording / reproducing
なお、本実施の形態に係る半導体レーザ装置10Aは、上述したように、放熱性能が高く、第1の半導体レーザ20の寸法が小さくされている。よって、この半導体レーザ装置10Aを用いれば、寿命を確保すると共に原料コストを抑えることができる。従って、光ディスク記録再生装置100の低コスト化を実現することができる。
As described above, the
また、本実施の形態の半導体レーザ装置10Aは、400nm前後,600nm帯および700nm帯の3波長の発光を得ることができるので、CD−ROM(Read Only Memory),CD−R,CD−RW,MD,DVD−ROMなどの既存の各種光ディスクは勿論のこと、Blu-ray あるいはHD−DVDなどの次世代光ディスクについても、記録・再生を行うことが可能となる。このような次世代の記録可能な大容量ディスクを利用することができれば、映像データを録画することができると共に、録画したデータ(画像)を良好な画質で操作性よく再生することができる。
In addition, since the
なお、ここでは、半導体レーザ装置10Aを光ディスク記録再生装置に適用した例について説明したが、光ディスク再生装置,光ディスク記録装置,光磁気ディスク(MO;Magneto-optical disk)などの記録・再生を行うための光磁気ディスク装置あるいは光通信装置などの光機器全般に適用できることは勿論、高温で動作する必要のある車載用の半導体レーザ装置を備えた機器などにも適用可能である。
Here, an example in which the
また、ここでは、半導体レーザ装置10Aとは別に光学系を設けた例について説明したが、半導体レーザ装置10Aと光学系の一部とを取り込んだ3波長の集積光学素子(レーザ・カプラ)を実現することも可能である。
Although an example in which an optical system is provided separately from the
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態に係る半導体レーザ装置の製造方法について説明する。この製造方法は、パッド層12A〜12Dおよび導電性接着層13の両方を同一材料により構成し、バンプ接続部50を間にしてサブマウント11Bと第2の半導体レーザ30とをフリップチップボンディングすると同時に、導電性接着層13を間にして第1の半導体レーザ20とサブマウント11Bとを接合することにおいて、第1の実施の形態で説明した製造方法とは異なるものである。なお、この製造方法は、第1の実施の形態に係る半導体レーザ装置を製造する場合に限られるものではないが、理解を容易とするために、第1の実施の形態で示した図1に示したような半導体レーザ装置10Aを製造する場合について説明する。また、第1の実施の形態と製造工程が重複する部分については、図4ないし図9を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention will be described. In this manufacturing method, both the pad layers 12A to 12D and the conductive
まず、第1の実施の形態と同様にして、図4ないし図7に示した工程により、第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30をそれぞれ形成し、それらを溶着層40を間にして接合する。
First, similarly to the first embodiment, the
次いで、サブマウント11Bに、パッド層12A〜12Dおよび導電性接着層13を設ける。その際、導電性接着層13を、パッド層12A〜12Dと同一材料により構成する。すなわち、少なくとも最表面をアルミニウム(Al)により構成する。具体的には、導電性接着層13を、パッド層12A〜12Dと同様に、例えば金(Au)層とアルミニウム(Al)層とをサブマウント11B側から順に積層した構造とする。
Next, the pad layers 12A to 12D and the conductive
続いて、第1の実施の形態と同様にして、図8に示した工程により、配線パターン層34A〜34Dにバンプ接続部50を形成する。
Subsequently, similarly to the first embodiment,
そののち、図9に示した工程により、例えば超音波接合により、バンプ接続部50を間にして第2の半導体レーザ30とサブマウント11Bとをフリップチップボンディングにより接合すると同時に、導電性接着層13を間にして第1の半導体レーザ20とサブマウント11Bとを接合する。これにより、電気的接続と放熱経路確保とを同一工程で達成することができるという利点が得られる。
After that, by the process shown in FIG. 9, for example, by ultrasonic bonding, the
接合を完了したのち、第1の実施の形態と同様にして、ダイシングによりサブマウント11Bの大きさを整え、溶着層11Cを間にしてヒートシンク11Aに接合する。以上により、図1に示した半導体レーザ装置10Aが完成する。
After the joining is completed, similarly to the first embodiment, the size of the submount 11B is adjusted by dicing, and joined to the
このように本実施の形態の半導体レーザ装置10Aの製造方法では、第1の実施の形態と同様に、第2の半導体レーザ30の張出領域30Aにバンプ接続部50を設けたのち、このバンプ接続部50を間にして第2の半導体レーザ30の張出領域30Aとサブマウント11Bとを接合するようにしたので、ウェハ形態のサブマウント11Bにフリップチップボンディングすることが可能となる。よって、バンプ接続部50をサブマウント11B側に設けた場合のように個片同士のバンプ接続を行う必要はなく、生産性を著しく高めることができる。
As described above, in the manufacturing method of the
更に、パッド層12A〜12Dと導電性接着層13とを同一材料により構成し、バンプ接続部50を間にして第2の半導体レーザ30とサブマウント11Bとを接合するのと同時に、導電性接着層13を間にして第1の半導体レーザ20とサブマウント11Bとを接合するようにしたので、電気的接続と放熱経路確保とを同一工程で達成することができるという利点も得られる。
Further, the pad layers 12A to 12D and the conductive
〔変形例〕
図12は、本発明の変形例に係る半導体レーザ装置の断面構成を表したものである。この半導体レーザ装置10Bは、バンプ接続部50をはんだにより構成したことを除いては上記実施の形態の半導体レーザ装置10Aと同一の構成を有している。よって、対応する要素には同一の符号を付して説明する。
[Modification]
FIG. 12 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor laser device according to a modification of the present invention. This semiconductor laser device 10B has the same configuration as the
バンプ接続部50は、溶着層40を構成するはんだよりも融点の低いはんだにより構成されていることが好ましい。具体的には、バンプ接続部50の構成材料としては、例えば、スズ(Sn),金(Au)とスズ(Sn)との合金,スズ(Sn)と亜鉛(Zn)との合金または銀(Ag)と(Sn)との合金が挙げられ、これらの中から溶着層40の融点を考慮して選択される。例えば、溶着層40がスズ(Sn)により構成されている場合、バンプ接続部50はスズ(Sn)と亜鉛(Zn)との合金、具体的にはSn0.09Zn0.91により構成されていることが好ましい。スズ(Sn)よりも融点が低く、かつ、はんだ融解時の広がりが大きくないので短絡などの不良の発生を抑えることができるからである。
The
また、この場合、サブマウント11B上のパッド層12A〜12Dおよび導電性接着層13も、バンプ接続部50と同様の材料により構成されていることが好ましい。例えば、バンプ接続部50がSn0.09Zn0.91により構成されている場合、パッド層12A〜12Dおよび導電性接着層13もSn0.09Zn0.91により構成されている。
In this case, the pad layers 12 </ b> A to 12 </ b> D and the conductive
この半導体レーザ装置10Bは、例えば次のようにして製造することができる。 The semiconductor laser device 10B can be manufactured, for example, as follows.
まず、上記実施の形態と同様にして第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30をそれぞれ形成し、それらを溶着層40を間にして接合する。
First, the
次いで、予めパッド層12A〜12Dおよび導電性接着層13が設けられたサブマウント11Bを用意し、パッド層12A〜12Dの上に、例えば高さが130μmの柱状のSn0.09Zn0.91よりなるバンプ接続部50を形成する。
Next, a
続いて、サブマウント11B上に第1の半導体レーザ20を設置し、例えば外形認識により位置合わせし、コレットで加重しながら例えば220℃まで加熱する。これにより、バンプ接続部50を間にしてサブマウント11Bと第2の半導体レーザ30とを接合すると同時に、導電性接着層13を間にして第1の半導体レーザ20とサブマウント11Bとを接合する。
Subsequently, the
そののち、ダイシングによりサブマウント11Bの大きさを整える。更に、サブマウント11Bを溶着層11Cを間にしてヒートシンク11Aに接合する。以上により、図12に示した半導体レーザ装置10Bが完成する。
After that, the size of the submount 11B is adjusted by dicing. Further, the
この半導体レーザ装置10Bの作用および効果は上記実施の形態と同様である。 The operation and effect of this semiconductor laser device 10B are the same as in the above embodiment.
なお、この変形例においても、図13に示したように、第2の半導体レーザ30の第1レーザ発振部60と第2レーザ発振部70とが別々の第2基板31に形成されていてもよい。
In this modification as well, as shown in FIG. 13, the first
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、第1の半導体レーザ20と第2の半導体レーザ30とが互いに異なる波長の光を出射するように構成した場合について説明したが、支持基体11上に第1の半導体レーザ20を複数積層することも可能である。更に、特性あるいは構造が異なる複数の半導体レーザを積層することも可能である。その場合、発光波長は同一であってもよいし、異なっていてもよい。特性が異なる複数の半導体レーザを積層する場合には、例えば低出力のものと高出力のものとを混載することができる。
The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the case where the
また、上記実施の形態では、第1の半導体レーザ20の発光部が1つである場合について説明したが、第1の半導体レーザ20は複数の発光部を有していてもよい。具体的には、第2の半導体レーザ30と同様に複数のレーザ発振部を有するように構成してもよい。その場合には、各レーザ発振部の発光波長は同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、特性あるいは構造についても同一であってもよいし、異なっていてもよい。
In the above embodiment, the case where the
更に、上記実施の形態では、第2の半導体レーザ30が2つのレーザ発振部を有する場合を例に挙げて説明したが、第2の半導体レーザ30のレーザ発振部の数は、図14に示したように1つであってもよいし、あるいは、3つ以上であってもよい。これらの各レーザ発振部の発光波長,特性および構造については、同一であってもよいし、異なっていてもよい。なお、図14では、第2の半導体レーザ30が第1レーザ発振部60のみを有する場合を表している。
Furthermore, in the above embodiment, the case where the
加えて、本発明は、第1の半導体レーザ20と第2の半導体レーザ30との寸法の大小関係にはかかわらず適用可能なものである。すなわち、第2の半導体レーザ30は、必ずしも第1の半導体レーザ20よりも大きな寸法を有する必要はなく、第2の半導体レーザ30が第1の半導体レーザ20よりも小さくてもその一部が第1の半導体レーザ20の周囲に庇状に張り出すように接合されていればよい。例えば、図14に示したように、第2の半導体レーザ30が第1レーザ発振部60のみを有する場合にも、第2の半導体レーザ30は第1の半導体レーザ20よりも小さくてもよい。
In addition, the present invention can be applied regardless of the size relationship between the
更にまた、上記実施の形態では、第2の半導体レーザ30がいわゆるモノリシック型の多波長レーザよりなる場合について説明したが、本発明は、第2の半導体レーザ30がいわゆるハイブリッド型の多波長レーザである場合にも適用することができる。
In the above embodiment, the
加えてまた、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態では、GaN系,AlGaAs系およびAlGaInP系の化合物よりなる各層をMOCVD法により形成する場合について説明したが、MBE(Molecular Beam Epitaxy;分子線エピタキシー)法やハイドライド気相成長法などの他の気相成長法により形成するようにしてもよい。なお、ハイドライド気相成長法とは、ハロゲンが輸送または反応に寄与する気相成長法のことをいう。 In addition, the material and thickness of each layer described in the above embodiment, the film formation method, the film formation conditions, and the like are not limited, and other materials and thicknesses may be used. It is good also as a method and film-forming conditions. For example, in the above-described embodiment, the case where each layer made of a GaN-based, AlGaAs-based, and AlGaInP-based compound is formed by the MOCVD method has been described. Alternatively, other vapor deposition methods may be used. The hydride vapor deposition method refers to a vapor deposition method in which halogen contributes to transport or reaction.
更にまた、上記実施の形態では、第2の半導体レーザ30の第2基板31としてGaAs基板を用いて構成した場合について説明したが、GaP基板、ZnSe基板など他の材料よりなる基板を用いてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the case where a GaAs substrate is used as the
加えてまた、上記実施の形態では、支持基体11の構成および材料について具体例を挙げて説明したが、他の構成および材料としてもよい。例えば、支持基体11のサブマウント11Bを省略し、ヒートシンク11Aのみの構成としてもよい。なお、支持基体11は、高い熱伝導性を有するようにすることが好ましい。例えば上記実施の形態では、金属によりヒートシンク11Aを構成するようにしたが、絶縁性を有する材料によりヒートシンクを構成し、その上に配線を設けるようにしてもよい。
In addition, in the said embodiment, although the specific example was given and demonstrated about the structure and material of the support base |
更にまた、上記実施の形態では、第1の半導体レーザ20および第2の半導体レーザ30について、具体的な寸法を挙げて説明したが、第1の半導体レーザ20または第2の半導体レーザ30の寸法は上記の例に限定されるものではない。
Furthermore, in the above embodiment, the
加えてまた、上記実施の形態では、第1の半導体レーザ20または第2の半導体レーザ30について具体的な構造の一例を挙げて説明したが、本発明は第1の半導体レーザ20または第2の半導体レーザ30が他の構造を有している場合についても同様に適用することができる。例えば、第1の半導体レーザ20を第2の半導体レーザ30と同様に電流ブロック領域により電流狭窄する構成としてもよいし、第2の半導体レーザ30を第1の半導体レーザ20と同様に二酸化ケイ素などよりなる絶縁層により電流狭窄する構成としてもよい。また、上記実施の形態では、利得導波型と屈折率導波型を組み合わせたリッジ導波型の半導体レーザを例に挙げて説明したが、利得導波型の半導体レーザおよび屈折率導波型の半導体レーザについても同様に適用することができる。更に、上記実施の形態では、半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また他の層を更に備えていてもよい。例えば、活性層とn型クラッド層またはp型クラッド層との間に、光ガイド層が設けられていてもよい。
In addition, in the above embodiment, the
更にまた、上記実施の形態では、パッケージ1に収納する際に、支持体2により直接支持基体11を支持するようにしたが、支持体2に載置台を設け、その載置台の上に支持基体11を載置するようにしてもよい。
Furthermore, in the above-described embodiment, the
加えてまた、上記実施の形態では、パッケージ1としてキャンパッケージを具体例として説明したが、本発明はセラミックパッケージの場合、またはモールド、リードフレームの場合にも応用可能である。
In addition, in the above embodiment, a can package is described as a specific example as the
更にまた、上記実施の形態では、光素子として半導体レーザを具体例に挙げて説明したが、本発明は、発光ダイオード(light emitting diode;LED)などの他の半導体発光素子を備えた光装置についても適用することができる。更にまた、本発明は、第1の光素子として半導体レーザまたはLEDを備え、その上に、第2の光素子として樹脂またはガラスよりなるレンズ等、光の進路を変更する光制御素子を備えた光装置にも応用することができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the semiconductor laser has been described as a specific example of the optical element. However, the present invention relates to an optical device including another semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED). Can also be applied. Furthermore, the present invention includes a semiconductor laser or LED as the first optical element, and further includes a light control element that changes the light path, such as a lens made of resin or glass, as the second optical element. It can also be applied to optical devices.
1…パッケージ、2…支持体、3A〜3E…ピン、4A〜4D…絶縁リング、5A〜5C,5F…ワイヤ、10A,10B…半導体レーザ装置、11…支持基体、11A…ヒートシンク、11B…サブマウント、11C…溶着層、12A〜12D…パッド層、13…導電性接着層、20…第1の半導体レーザ、21…第1基板、22…第1半導体層、23,61,71…p側電極、24,33…n側電極、30…第2の半導体レーザ、30A…張出領域、30B…接合領域、31…第2基板、32…第2半導体層、34A〜34D…配線パターン層、35…絶縁層、40…溶着層、50…バンプ接続部、60…第1レーザ発振部、70…第2レーザ発振部、111…ビームスプリッタ、112…4分の1波長板、113…立上ミラー、114…対物レンズ、115…信号光検出器
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記パッケージに設けられた支持基体と、
前記支持基体上に導電性接着層を間にして配設され、前記複数の光素子のうち熱伝導率が最も大きい第1の光素子と、
一部が前記第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように前記第1の光素子に接合された第2の光素子と、
前記第2の光素子の前記第1の光素子側の面に、前記複数の光素子の各々に対応すると共に、少なくとも前記張出領域にかかるように設けられた配線パターン層と、
前記支持基体の表面に、前記配線パターン層の前記張出領域にかかる部分に対応して設けられたパッド層と、
前記配線パターン層の前記張出領域にかかる部分と前記パッド層との間に設けられたバンプ接続部と
を備えた光装置。 An optical device containing a plurality of optical elements in the same package,
A support base provided in the package;
A first optical element disposed on the support substrate with a conductive adhesive layer therebetween, and having the highest thermal conductivity among the plurality of optical elements;
A second optical element joined to the first optical element so that a portion of the first optical element protrudes like a bowl around the first optical element;
A wiring pattern layer provided on the surface of the second optical element on the first optical element side so as to correspond to each of the plurality of optical elements and to cover at least the overhanging region;
A pad layer provided on the surface of the support base so as to correspond to a portion of the wiring pattern layer covering the overhang region;
An optical device comprising: a bump connection portion provided between a portion of the wiring pattern layer covering the projecting region and the pad layer .
請求項1記載の光装置。 It said first optical element is Ru Oh the semiconductor light emitting element of the first substrate side is disposed so as to face the support base has a first semiconductor layer on the first substrate
請 Motomeko 1 optical device according.
請求項2記載の光装置。 The second optical element is Ru Oh the semiconductor light emitting element of the second semiconductor layer side are disposed so as to face the first semiconductor layer and having a second semiconductor layer on the second substrate
Optical apparatus 請 Motomeko 2 wherein.
請求項2記載の光装置。 The second optical element is made of a resin or glass, Ru Oh a light control element for changing the path of light
Optical apparatus 請 Motomeko 2 wherein.
請求項1記載の光装置。 The support base includes an integrated heat radiating member to the package, that has the pad layer is formed on the heat dissipation member
請 Motomeko 1 optical device according.
請求項1記載の光装置。 The support base includes a heat dissipation member integrated with the package, and a support member provided between the heat dissipation member and the first semiconductor light emitting element, and the pad layer is formed on the support member. Ru
請 Motomeko 1 optical device according.
請求項3記載の光装置。 Said second optical element including a plurality of light emitting portions
請 Motomeko 3 optical device according.
請求項7記載の光装置。 Wherein the plurality of light emitting portions that are formed on the same substrate
Optical apparatus of 請 Motomeko 7 described.
請求項7記載の光装置。 Wherein the plurality of light emitting portions that are formed on separate substrates
Optical apparatus of 請 Motomeko 7 described.
請求項2記載の光装置。 The first substrate, that is composed of GaN
Optical apparatus 請 Motomeko 2 wherein.
請求項3記載の光装置。 The second substrate, that is constituted by at least one of the group consisting of GaP substrate, GaAs substrate and a ZnSe substrate
請 Motomeko 3 optical device according.
請求項1記載の光装置。 The bump connections are gold (Au), that is constituted by at least one of the group consisting of aluminum (Al) and copper (Cu)
請 Motomeko 1 optical device according.
請求項1記載の光装置。 The bump connecting portion that is configured by solder
請 Motomeko 1 optical device according.
前記複数の光素子のうち熱伝導率が最も大きい第1の光素子を形成する工程と、
前記第1の光素子側の面に、前記複数の光素子の各々に対応する配線パターン層を有する第2の光素子を形成する工程と、
前記第1の光素子に、前記第2の光素子を、一部が前記第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように接合すると共に、前記配線パターン層が少なくとも前記張出領域にかかるようにする工程と、
前記第2の光素子の張出領域の前記配線パターン層上にバンプ接続部を設ける工程と、
前記支持基体に、前記バンプ接続部を接合するためのパッド層と、前記第1の光素子を接合するための導電性接着層とを同一材料により構成する工程と、
前記バンプ接続部を間にして前記配線パターン層の前記張出領域にかかる部分と前記パッド層とを接合すると同時に、前記導電性接着層を間にして前記第1の光素子と前記支持基体とを接合する工程と
を含む光装置の製造方法。 A method of manufacturing an optical device in which a plurality of optical elements are accommodated in the same package,
Forming a first optical element having the highest thermal conductivity among the plurality of optical elements;
Forming a second optical element having a wiring pattern layer corresponding to each of the plurality of optical elements on a surface on the first optical element side;
Before SL first optical element, the second optical element, with a portion is bonded to protrude like eaves around the first optical element, the wiring pattern layer is at least the protruding region The process of making it take ,
Providing a bump connection portion on the wiring pattern layer in the overhang region of the second optical element;
Forming a pad layer for bonding the bump connection portion on the support base and a conductive adhesive layer for bonding the first optical element with the same material;
The first optical element and the support substrate are bonded to the pad layer and the portion of the wiring pattern layer over the protruding region with the bump connection portion in between, and at the same time with the conductive adhesive layer in between. method of manufacturing a step including optical apparatus for joining.
前記光装置は、
前記パッケージに設けられた支持基体と、
前記支持基体上に導電性接着層を間にして配設され、前記複数の光素子のうち熱伝導率が最も大きい第1の光素子と、
一部が前記第1の光素子の周囲に庇状に張り出すように前記第1の光素子に接合された第2の光素子と、
前記第2の光素子の前記第1の光素子側の面に、前記複数の光素子の各々に対応すると共に、少なくとも前記張出領域にかかるように設けられた配線パターン層と、
前記支持基体の表面に、前記配線パターン層の前記張出領域にかかる部分に対応して設けられたパッド層と、
前記配線パターン層の前記張出領域にかかる部分と前記パッド層との間に設けられたバンプ接続部と
を備えた光機器。 An optical device including an optical device that accommodates a plurality of optical elements in the same package,
The optical device comprises:
A support base provided in the package;
A first optical element disposed on the support substrate with a conductive adhesive layer therebetween, and having the highest thermal conductivity among the plurality of optical elements;
A second optical element joined to the first optical element so that a portion of the first optical element protrudes like a bowl around the first optical element;
A wiring pattern layer provided on the surface of the second optical element on the first optical element side so as to correspond to each of the plurality of optical elements and to cover at least the overhanging region;
A pad layer provided on the surface of the support base so as to correspond to a portion of the wiring pattern layer covering the overhang region;
An optical device comprising: a bump connection portion provided between a portion of the wiring pattern layer covering the projecting region and the pad layer .
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