JPH06275920A

JPH06275920A - 半導体レーザー装置

Info

Publication number: JPH06275920A
Application number: JP5070597A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kitamura; 祥司北村; Yoichi Shindo; 洋一進藤; Akira Amano; 彰天野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-09-30
Anticipated expiration: 2016-06-18
Also published as: JP3178152B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】封止樹脂の熱膨張によるレーザーダイオード素
子の発光点変位を抑制する。【構成】リードフレーム２０に前方発光端面と平行な主
要部断面を想定し、さらにこの断面の長手方向を水平方
向とし、その断面の中心を規定する水平中心線２５と垂
直中心線２６とを想定した場合に、前記封止樹脂１１を
前記垂直中心線２６に対し対称に形成された対称型樹脂
層とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザーダイオード
素子を樹脂封止して形成したモールドタイプの半導体レ
ーザー装置に関し、特にレーザーの照射に伴う照射位置
の変位を防止した半導体レーザー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体レーザー装置として、図６
に示すような、レーザーダイオード素子１をステム６１
の放熱体６２に半田付けし、ガラス窓６４付のキャップ
６３を溶接したキャンタイプのものが知られている。図
７に、この半導体レーザー装置の正面図（ａ）および
（ａ）をｂ−ｂでカットした断面図（ｂ）を示してあ
る。この半導体レーザー装置においては、ステム６１か
ら上方に突出した放熱体６２に、放熱板としての役割も
果たすサブマウント層たるフォトダイオード２３を介し
てレーザーダイオード素子１が取り付けられている。そ
して、放熱体６２に取り付けられたレーザーダイオード
素子１を覆い、保護するように窓付のキャップ６３がス
テム６１に取付けられている。そして、これら放熱体６
２、フォトダイオード２３の位置は、図７（ａ）に示す
ように、正面から見て円形の窓６４の中心、すなわち、
図面での水平方向（放熱体６２の主面に垂直方向）の中
心線２５（以後、Ｘ軸方向）および垂直方向（放熱体６
２の主面に水平方向）の中心線２６（以後、Ｙ方向）の
交点２７にレーザーダイオード素子１が設置されれるよ
うに調整されている。

【０００３】これに対し、近年、上記のキャンタイプに
比べ、製造コストが低く、形状の自由度の大きな半導体
レーザー装置である樹脂封止タイプ（モールドタイプ）
のものが開発されている。このモールドタイプの半導体
レーザー装置については、特開平２−１２５６８７号公
報を参照されたい。そこには以下に説明するような構造
が採用されている。この半導体レーザー装置は、図８の
斜視図に示すように、レーザーダイオード素子１をサブ
マウント層２３の上に取り付け、周囲を透明なエポキシ
樹脂等の封止樹脂層１１で封止したものであり、リード
フレーム２０、金ワイヤー２１を介して操作される。樹
脂封止タイプの装置は、ＬＥＤなどの単位面積当たりの
光密度が低い発光デバイスとしては従来から知られてい
るものである。

【０００４】このような樹脂封止タイプの装置は製造コ
スト、形状の自由度という面で優れているタイプの装置
であり、また、光密度の高いレーザーダイオード素子に
採用する場合においても、端面破壊防止層を形成するこ
とにより、光損傷に伴う特性の劣化を防止することが可
能である。端面破壊防止層の形成されたレーザー装置に
ついては、本出願人により出願された特願平２−３０２
２５８に詳しいが、その一例を、図９ないし１１に示し
てある。本図に示したレーザーダイオード素子１は、Ｄ
Ｈ構造（ダブルヘテロ接合構造）のレーザーダイオード
素子１であり、ｎ型のＧａＡｓ基板２の上に、ＡｌＧａ
Ａｓ（アルミニウム−ガリウム−砒素）からなるｎ型ク
ラッド層３、活性層４、ｐ型クラッド層５、及びＧａＡ
ｓ（ガリウム−砒素）からなるｐ型キャップ層６を積層
し、更にｐ型キャップ層６の開口部の表面側に選択的に
電極７を被着する一方、ＧａＡｓ基板２の裏面側に背面
電極８を被着している。そして、レーザー光の照射され
る発光端面９に、レーザー光の波長帯において光の吸収
係数が低く、耐熱性の高い有機樹脂による端面破壊防止
層１０を備えるようにしている。

【０００５】そして、図１１に示すように、このレーザ
ーダイオード素子１が、３本のリードフレーム２０のう
ち中央部のリードフレームの先端側に、サブマウント層
および放熱板として用いるフォトダイオード２３を介し
て固着され、このフォトダイオード２３およびｐ型キャ
ップ層６から金ワイヤ２１などのボンディングワイヤが
各リードフレーム２０に配線されている。さらに、これ
らリードフレーム２０に固定されたレーザーダイオード
素子１等の周囲を透明なエポキシ樹脂など封止樹脂１１
により封止し、半導体レーザー装置が形成されている。
このように、端面破壊防止層１０の形成されたレーザー
ダイオード素子１を用いたモールドタイプの半導体レー
ザー装置により、低価格でありながら耐久性に優れた半
導体レーザー装置が実現されている。

【０００６】このようなモールドタイプの半導体レーザ
ー装置において、図１２（正面から見た断面を（ａ），
（ａ）のｂ−ｂ断面を（ｂ））に示すように、レーザー
ダイオード素子１の位置は、キャンタイプと同様に、モ
ールド樹脂層１１の略中央、すなわち、Ｘ軸とＹ軸との
交点２７に設置されている。リードフレーム２０のセン
ター位置２８は、レーザーダイオード素子１の厚み、フ
ォトダイオード２３、およびリードフレーム２０の厚み
からモールド樹脂層１１の中心２７と距離ΔＸ _offのオ
フセット２９を備えている。

【０００７】これら半導体レーザー装置は、各種の光シ
ステムに組み込まれて使用される。例えば光ディスク用
ピックアップの場合を図１３（ａ）光ディスク用ピック
アップの光学系概念図に示す。光源であるレーザーダイ
オード素子１からのビームは回析格子５１を通過後ハー
フミラー５２で反射して向きを９０°変え、対物レンズ
５３を経てディスク５４面上に集光される。ビームは回
析格子５１の通過でメインビームとサブビームに分離さ
れる。サブビームはトラッキングサーボに使用される。
ディスク５４からの反射光は再び同じ対物レンズ５３を
通りハーフミラー５２を通過して光検出器５５に入射し
て電気信号に変換される。光検出器５５内は図１３
（ｂ）に示すようにＡ〜Ｆの６個のフォトダイオードで
構成され、メインビームは中央のＡ〜Ｄの４分割フォト
ダイオードに入射する。ビームはハーフミラー５２を通
過時に非点収差が生じており、メインビーム形状はフォ
トダイオードの位置により図１３（ｂ）の点線に示すよ
うに変化する。

【０００８】中央の４個のフォトダイオードの出力を
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄとすると、（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）を０
にするようにフォーカシングサーボ機構により対物レン
ズ５３の位置が調整される。尚後述するフォトダイオー
ド上でのビームの重心とは、次のように定義される。〔Ｘ、Ｙ〕＝〔((A+B)-(C+D))/(A+B+C+D) 、／((A+D)-(B+C))/(A+B+C+D) 〕

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようなモールドタ
イプの半導体レーザー装置において、近年問題となって
いることに、レーザー装置を連続動作させた場合や使用
環境温度を変えた場合に、レーザー光が装置外部に照射
される原点である発光点が変位することがある。図１４
にその様子を示してある。本図は、上述したようなモー
ルドタイプの半導体レーザー装置を室温下で、動作電流
５０ｍＡで動作させた時のＸ方向（リードフレーム面に
垂直な方向）の変位量を動作時間に対して示した図であ
る。本図にて判るように、レーザー点灯後、約２分間で
発光点が−Ｘ方向（Ｘ方向において、レーザーダイオー
ド側を＋、リードフレーム側を−）、すなわちリードフ
レーム２０側に０．５μｍ変位し、消灯後約２分間で点
灯前の位置に戻る。またこの半導体レーザー装置を前述
の光ピックアップに組み込んだ場合、フォトダイオード
上でのビームの重心が半導体レーザー装置の点灯または
環境温度の変化により大きく変動することが判明した。

【００１０】例えば−１０〜６０℃の環境下で光出力３
ｍＷで実験した場合フォトダオード上でのビームの重心
は最大１０μｍ以上の変動を示した。このように、多く
の優れた面を備えているモールドタイプの半導体レーザ
ー装置において、発光点の精度においても、キャンタイ
プのレーザー装置と同等の性能を得るためには、発光点
の変位を抑制することが重要である。

【００１１】図１５に、例えば、半導体レーザー装置を
コンパクトディスクに用いた場合に、動作中の発光点の
変位が及ぼす影響についてシミュレートしたモデルを示
してある。図中左端のレーザーダイオードＬＤ１から距
離ｄ１にある凸レンズ７９を経て、ディスク７３に反射
したレーザー光を再び凸レンズ８０を経てフォトダイオ
ードＦＤ６９に収束させる１次元系にてシミュレーショ
ンを行った。この際、この１次元系を２重フーリエ変換
光学系として扱い、フレネルの回折公式よりレーザーダ
イオード素子１における光強度分布Ｕ１が中心ΔＸ，幅
２μm の矩形状であるときの、凸レンズ７９における光
強度分布Ｕ２、ディスク面７３における光強度分布Ｕ
３、凸レンズ８０における複素振幅Ｕ４、さらに、フォ
トダイオード６９における光強度分布Ｕ５＋Δを求め
た。ΔＸは、レーザーダイオードの発光点変位量に対応
する。例えば前記計算パラメータを表１に示した場合の
結果を図１６、に示す。

【００１２】図１６（ａ）は発光点の変位ΔＸが０のと
き、図１６（ｂ）はΔＸが１μm のときの各光強度分布
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５＋Δを示す。また、フォ
トダイオード上での光強度分布（Ｕ５＋Δ）からフォト
ダイオード上でのビームスポット重心が計算でき、例え
ば、発光点の変位量ΔＸが１μm のとき、フォトダイオ
ード上でのビームスポット重心の移動量は−７．９μm
になる。また、異なるΔＸでも同様の計算を行い、発光
点の変位量とフォトダイオード上でのビームスポット重
心の移動量の関係を求めた（図１７）。つまり、このピ
ックアップ光学系においては、発光点の変位量ΔＸは、
フォトダイオード上では７．９倍に拡大されていること
になる。この値を半導体レーザー素子とこのフォトダイ
オード間の結合倍率Ｍと定義する。結合倍率Ｍは光ピッ
クアップ装置の半導体レーザー素子の発光点と信号検出
用多分割フォトダイオード間のレンズ系倍率および光学
距離により決定される。従って、結合倍率Ｍは光ピック
アップの構成により異なる

【００１３】値をとる。

【表１】従来のモールドタイプの半導体レーザー装置では、この
フォトダイオード６９上でのビームスポットの変動量が
許容値以上になるため、発光点の変位を調整する機構、
あるいはビームスポットの重心を追従可能な機構が必要
となる。このように、従来のモールドタイプの半導体レ
ーザー装置は低価格で、種々の形状のものが容易に製作
可能であるが、発光点の精度が要求される装置に使用す
る場合は、その精度によって余分な機構が必要となるた
め、モールドタイプの利点を活かすことが困難であっ
た。

【００１４】この発明は前記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的はモールドタイプでありながら、
発光点の変位が少なく、その儘コンパクトディスクのピ
ックアップ部の光学系などの精度を必要とする装置に用
いることが可能な半導体レーザー装置を提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、この発明においては、レーザーダイオード素子を
支持するリードフレームと、これらを封止する封止樹脂
との関係に着目して、封止樹脂に起因するリードフレー
ムの移動を抑制するようにしている。すなわち、この発
明に係るレーザー光を外部に出射可能な前方出射端面を
少なくとも具備するレーザーダイオード素子を、支持基
板を介して支持・制御するリードフレームと、レーザー
光の透過可能な樹脂により、少なくともレーザーダイオ
ード素子をリードフレーム上に封止する封止樹脂層とを
有する半導体レーザー装置においては、封止樹脂層とし
て、リードフレームを対称の中心として形成された対称
型樹脂層を用いることを特徴としている。そして、この
リードフレームが、前方出射端面と平行なリードフレー
ム断面を想定した場合に、前記封止樹脂層は前記垂直中
心線に対し対称に形成された対称型樹脂層である。ここ
で封止樹脂は前述の意味で実質的に対称であれば良いの
で、リードフレームとレーザーダイオードから離れたと
ころの外形は円筒であろうと、方形であろうと、台形で
あっても構わない。

【００１６】また、封止樹脂層を有する半導体レーザー
装置において、レーザーダイオード素子を、支持基板を
介して支持・制御するリードフレームを外部基板に固定
可能なリードフレーム固定手段を採用することも有効で
ある。このリードフレーム固定手段としては、リードフ
レーム露出面であって、レーザーダイオード素子が装着
された素子装着面と対峙する面を基板装着面として用い
ることが有効であることが望ましい。また、前方出射端
面の延長平面内にあり水平方向が水平中心線を中心に規
定され、垂直方向が垂直中心線を中心に規定されるリー
ドフレーム端面を備えたリードフレームにレーザーダイ
オード素子が支持されている半導体レーザー装置におい
ては、封止樹脂層として、少なくとも水平中心線または
垂直中心線と平行なリードフレーム面から所定の離間距
離を保持した平板状の実装面を備えてたものを採用する
ことも有効である。この場合離間距離ΔＸ1 ｍｍは下記
数式（１）を満たすことが望ましい。

【００１７】

【数２】〔離間距離をΔＸ₁ｍｍ、封止樹脂層の線膨張係数をα
／℃、レーザーダイオード素子の使用環境温度変化量を
ΔＴ℃、半導体レーザーを光ディスクシステムの再生用
光源として使用する光ピックアップ装置の信号検出用多
分割フォトダイオード上でのビームスポット変動量の最
大許容量をΔＬｍｍ、光ピックアップ装置の半導体レー
ザー素子の発光点と信号検出用多分割フォトダイオード
間の少なくとも一つ以上のレンズ系からなるレンズ系倍
率および半導体レーザー素子の発光点と信号検出用多分
割フォトダイオード間の光学距離により定義される結像
倍率をＭとする〕

【００１８】

【作用】この発明の課題であるレーザーダイオード素子
からの発光点の変位については、種々の原因が考えられ
るが、これら発明者は、レーザーダイオード素子の動作
時における発熱に起因する封止樹脂の熱膨張に着目し
た。そして、封止樹脂との関係にて、最も封止樹脂の熱
膨張の影響を受けやすいリードフレームに対し、封止樹
脂の熱膨張に伴うリードフレームの変位を最小限とする
ことにより発光点の変位を抑制するようにしている。

【００１９】先ず、封止樹脂層としてリードフレームを
対称の中心とした対称型樹脂層を用いることにより、リ
ードフレームの前後、左右からかかる封止樹脂層の熱膨
張による応力を均一化できる。従って、熱膨張に係る熱
応力の差に起因するリードフレームの歪み等が抑制可能
であり、結果としてレーザーダイオード素子の発光点の
変位を抑制することが可能である。

【００２０】また、リードフレーム自体を、外部基板に
固定することによっても、封止樹脂層の熱膨張の影響を
排除して発光点変位を抑制することが可能である。この
ようなリードフレーム固定手段としては、リードフレー
ムの露出面を基板装着面として外部基板に固定すること
を採用することができる。そして、この基板装着面がリ
ードフレームの露出面である場合は、レーザーダイオー
ド素子の稼働中に発生する熱をこの基板装着面から外部
基板に発散することができるため、封止樹脂層の熱膨張
を緩和することが可能であり、さらに、封止樹脂層の影
響を少なくすることが可能となる。

【００２１】さらに、リードフレーム固定手段として、
封止樹脂から露出したリードフレームに形成された少な
くとも１つの貫通穴を少なくとも備える貫通固定手段を
用い、この固定穴から熱膨張係数の小さな固体、あるい
は液体状の結合手段によってリードフレームと外部基板
とを固定する場合もレーザーダイオードの発光点の変位
を抑制することが可能である。

【００２２】また、封止樹脂の熱膨張係数から、リード
フレームの移動量が許容範囲に収まるように、封止樹脂
層の厚み、すなわち、外部基板等からの距離である離間
距離を設定することによっても、発光点の変位を抑制す
ることができる。

【００２３】

【実施例】以下に図面を参照しながらこの発明の実施例
を説明する。〔実施例１〕図１に、実施例１に係る半導体レーザー装
置（（ａ）はＸ軸２５における断面図、（ｂ）は（ａ）
のｂ−ｂ断面図）の構成を示してある。本例の装置は、
先に、図１２に基づき説明したモールドタイプの半導体
レーザー装置に適用した例であり、図１０に示すような
端面破壊防止層１０の形成されたレーザーダイオード素
子１が、サブマウント層および放熱板として用いるフォ
トダイオード２３を介して、これらのレーザーダイオー
ド素子１およびフォトダイオード２３を支持制御するリ
ードフレーム２０に固着されている。そして、これらリ
ードフレーム２０に固定されたレーザーダイオード素子
１等の周囲が、透明なエポキシ樹脂など封止樹脂１１に
より封止されている。従って、従来の装置と共通する部
分においては、同じ符号を付して説明を省略する。

【００２４】本実施例において着目すべき点は、封止樹
脂層１１の水平方向（リードフレーム面に垂直）の中心
線２５（以後、Ｘ軸方向）および垂直方向（リードフレ
ーム面に平行）の中心線２６（以後、Ｙ方向）の交点２
７と、リードフレーム２０のセンター位置２８が一致し
ていることである。すなわち、従来の装置において存在
した封止樹脂層１１の中心２７と、リードフレーム２０
のセンター位置２８とのオフセット２９が存在していな
い。さらに、詳しく説明すると、レーザーダイオード素
子１の端面破壊防止層１０の形成された前方出射端面と
平行なリードフレーム２０の断面ｂ−ｂにおいて、垂直
方向を規定するＹ軸２６と、水平方向を規定するＸ軸２
５が、封止樹脂層１１の水平，垂直の中心軸と一致し、
このＸ軸２５およびＹ軸２６を対称に、封止樹脂層１１
が形成されている。従って、本例の装置においては、リ
ードフレーム２０の前後左右に存在する封止樹脂層１１
の厚みは、対称である。このため、レーザー発光時に生
ずる熱によるこれらの封止樹脂層１１からリードフレー
ム２０への熱応力が釣合い、相対的にキャンセルされ
る。従って、リードフレーム２０の位置の変動は、リー
ドフレーム２０およびリードフレーム２０に固定された
フォトダイオード２３、レーザーダイオード１の形状等
に起因するものに限定できる。このため、リードフレー
ム２０の変動は、従来の装置と比較し大幅に低減できる
ので、リードフレーム２０に固着されたレーザーダイオ
ード１からの発光点の変位も抑制可能となる。なお、リ
ードフレーム２０のセンター位置２８を封止樹脂層１１
の中心２７と一致させたため、レーザーダイオード１の
位置は、封止樹脂層１１の中心２７から外れることとな
る。

【００２５】しかしながら、封止樹脂層１１の光学的性
質は、中心２７とその周囲とで変化はないため、出射さ
れるレーザーの性能に変化はない。なお、前述のよう
に、発光点変位がレーザー発光時に生ずる熱による樹脂
とリードフレームとの熱膨張係数差に起因するものであ
るから、ここでいう対称形の封止樹脂層は実質的にリー
ドフレームに影響を及ぼす範囲の樹脂層の形であればよ
い。例えばリードフレームへの影響が小さいと考えら
れるところの樹脂の外形までも対称形と限定するもので
はない。

【００２６】図２に、本例の装置を用いてレーザー発光
点の変位を測定した結果を、従来のものと比較しながら
示してある。この測定においては、従来と同様に、本例
の半導体レーザー装置を室温下で、動作電流５０ｍＡで
動作させ、Ｘ方向の変位量を動作時間に対して示した。
本図にて判るように、従来の装置においては、レーザー
点灯後、約２分間で発光点が−Ｘ方向、すなわち、リー
ドフレーム２０側に０．５μｍ変位しているが、本例の
装置においては、殆ど発光点の変位は見られず、０．０
５μｍ以下に収まっている。従って、本例の装置のよう
に、リードフレーム２０のセンター位置２８を封止樹脂
層１１の中心２７と一致させることにより、発光点の変
位が抑えられる。この実施例の素子を光ピックアップに
用いた場合は、図１６（ａ）の例に示すように、フォト
ダイオード上でのビームスポットの移動が抑えられる。

【００２７】このように、リードフレーム２０の中心線
２５、２６に対して対称な形状の封止樹脂層１１を形成
することにより、リードフレーム２０が受ける封止樹脂
層１１の熱膨張に係る影響を排除することができ、レー
ザー光の発光点の変位を抑制することが可能である。な
お、本例においては、円筒形のモールドタイプの半導体
レーザー装置に基づき説明しているが、図３に示すよう
なフラット型などのモールドタイプの半導体レーザー装
置であっても、封止樹脂層１１がリードフレーム２０近
傍の発熱の影響を大きく受ける範囲で実質的に対して対
称な形状であれば、同様の効果を得ることができるの
は、勿論である。なお、図３に示すフラット型の半導体
レーザー装置においては、封止樹脂層１１の形状以外、
前述した半導体レーザー装置と同様の構成であるので、
同じ符号を付して説明を省略する。

【００２８】また、この実施例ではリードフレームの断
面形状が長方形の場合でのべているが、この発明の技術
思想に従うかぎり、他の形状でもよい。特に水平，垂直
中心線が厳密に規定できない場合でも実質的に主面に平
行で重心を通るような水平中心線とそれに垂直な中心線
であればよい。〔実施例２〕図４に、この発明の実施例２に係る半導体
レーザー装置の構成を示してある。本例の装置も、実施
例１と同様のモールドタイプの半導体レーザー装置であ
り、端面破壊防止層の形成されたレーザーダイオード素
子１が、サブマウント層および放熱板として用いるフォ
トダイオード２３を介して、これらのレーザーダイオー
ド素子１およびフォトダイオード２３を支持制御するリ
ードフレーム２０主面上に固着された構成の装置であ
る。そこで、実施例１の装置と共通する部分において
は、同じ符号を付して説明を省略する。

【００２９】この実施例において着目すべき点は、封止
樹脂層１１がレーザーダイオード素子１の装着されたリ
ードフレーム２０のレーザーダイオード素子装着面２０
ａと対峙する反対側の面２０ｂが露出面となっているこ
とである。すなわち、本例の装置においては、リードフ
レーム２０の装着面２０ａからレーザーダイオード素子
１およびフォトダイオード２３を覆うように、封止樹脂
層１１が形成されており、リードフレーム２０の装着面
２０ａと対峙する反対側の面２０ｂは封止樹脂層１１が
形成されていない露出面となっている。従って、図４に
示すように、この露出面２０ｂを用いて、半導体レーザ
ー装置を固定基板３５に固着させることが可能である。
固着方法は露出面２０ｂと固定基板３５間に接着剤３３
を塗布する方法、または実施例３で述べるようなリード
フレームの固定用貫通穴を用いる方法が考えられる。こ
のような装置においては、露出面２０ｂが固定基板３５
により固定されているので、固定基板３５からの位置の
変動はない。

【００３０】また、封止樹脂層１１もリードフレーム２
０の一方の面、すなわち、装着面２０ａにしか形成され
ていないので、リードフレーム２０に対し、封止樹脂層
１１の熱膨張がリードフレーム２０に対し影響を与える
ことはない。従って、本例の装置においては、レーザー
光の発光中に封止樹脂層１１の温度が上昇しても、リー
ドフレーム２０が変動することはない。このため、リー
ドフレーム２０に支持されているレーザーダイオード素
子１の発光点の変位も抑制できることとなる。この効果
は、実施例１と同様の条件下で測定されており、実施例
１において測定し図２に示したと同様の測定値が得られ
ている。

【００３１】なお、本例においては、方形の封止樹脂層
１１を備えたモールドタイプの半導体レーザー装置に基
づき説明しているが、リードフレームの露出面２０ｂが
形成されておれば良く、封止樹脂層が半円形などの様々
な形をした半導体レーザー装置であっても、また図１
８，図２２に示すように封止樹脂層１１がレーザーダイ
オード素子１、フォトダイオード２３の近傍のみを覆う
ような場合でもよい。いずれも外部固定基板３５へは接
着剤３３により行う。特に図２２はレーザー装置を外部
基板へ接着により固定するためにリードフレームの一部
のみを樹脂から露出した構造であり、この点で実用性が
高いところに特徴がある。

【００３２】この斜視図を図２３に示す。この場合の固
着方法は露出したリードフレームの面を利用して接着固
定する方法が考えられる。本例を含めてこの発明に掛か
る固定手段例を図１９に示す。（ａ）はリードフレーム
２０の主面上に同じ幅で樹脂封止し、タードフレーム反
対側の露出面２０ｂを接着剤３３により固定基板３５上
に固着した例、（ｂ）は同様にリードフレーム２０の幅
を封止樹脂幅より大きくして接着面を広くした例、
（ｃ）は（ｂ）と同じレーザーダイオード装置を接着剤
と取り付け治具３３１を用いた例、（ｄ）は封止樹脂か
ら露出したリードフレーム部分を利用して固定基板３５
に接着剤３３を用いて固着した例、（ｅ）は（ｂ），
（ｃ）と同じ装置をリードフレーム２０の露出部をそれ
に対応する固定基板３５に設けた凹部に嵌め込んで取り
付けた例をそれぞれ示す。さらに、露出面２０ｂから固
定基板３５へ熱が伝わり易いように、熱伝導の良い露出
面２０ｂおよび固定基板３５を採用することにより、レ
ーザー発光時の熱を固定基板３５側へ放散させることが
でき、封止樹脂層１１の温度上昇を緩和し、発光点の変
位を一層抑制することも可能であるので望ましい。〔実施例３〕図２０に、この発明の実施例３に係る半導
体レーザー装置の構成を示してある。本例の装置も、上
記実施例と同様のモールドタイプの半導体レーザー装置
であり、端面破壊防止層の形成されたレーザーダイオー
ド素子１が、フォトダイオード２３を介して、これらの
レーザーダイオード素子１およびフォトダイオード２３
を支持制御するリードフレーム２０に固着され、その周
囲を封止樹脂層１１により封止された装置である。そこ
で、実施例１の装置と共通する部分においては、同じ符
号を付して説明を省略する。

【００３３】本実施例において着目すべき点は、リード
フレーム２０を固定するための貫通穴３０が形成されて
いることである。本例の装置においては、この貫通穴３
０が、レーザーダイオード素子１の下方のリードフレー
ム２０に、その両端を固定可能なように２つ形成されて
いる。この構造の固定手段例を図２１の（ａ），（ｂ）
に示す。本例においては、リードフレーム２０をボルト
３２により固定しているが、熱膨張率が相対的に低く、
熱伝導の良い半田などの流動性のある金属、樹脂などを
用いて固定することも勿論可能である。

【００３４】本例の装置におけるレーザー光の発光点の
変位は、いずれも実施例１と同様の条件で測定されてお
り、先の実施例１において測定され図２に示した結果と
略同様の変位量に収まることが確認されている。なお、
前記例は、方形の封止樹脂層１１を備えた半導体レーザ
ー装置に基づき説明しているが、本例においては、リー
ドフレーム２０に、固定基板３５に固定可能な貫通穴３
０が用意されておれば良く、封止樹脂層１１の形状が非
対称な装置でも良い。〔実施例４〕図５に、この発明にの実施例４に係る半導
体レーザー装置の構成を示してある。本例の装置も、前
記実施例と同様のモールドタイプの半導体レーザー装置
であり、端面破壊防止層の形成されたレーザーダイオー
ド素子１が、フォトダイオード２３を介して、これらの
レーザーダイオード素子１およびフォトダイオード２３
を支持制御するリードフレーム２０に固着され、その周
囲を封止樹脂層１１により封止された装置である。そこ
で、実施例１の装置と共通する部分においては、同じ符
号を付して説明を省略する。

【００３５】本例の装置において着目すべき点は、封止
樹脂層１１の外面の内、リードフレーム２０にレーザー
ダイオード素子１の装着された装着面２０ａと反対側の
面２０ｂを覆う樹脂外面４０が、平面状の外部固定基板
へ接着剤３３を介して固着される実装面４０となってい
ることである。そして、この実装面４０と面２０ｂとの
間の離間距離ΔＸ₁が一定に保持されていることであ
る。

【００３６】また前述の如く光ピックアップ光学系のシ
ュミレーションにおいて、図１６に示すように発光点位
置が変位量ΔＸを持つ場合にはフォトダイオード上でビ
ームスポットが大幅に変動し好ましくない。このため離
間距離をΔＸ₁ｍｍ、封止樹脂層の線膨張係数をα／
℃、レーザーダイオード素子の使用環境温度変化量をΔ
Ｔ℃としたときに、離間距離をΔＸ₁ｍｍは下記数式
（１）を満たす値に設定されている。

【００３７】

【数３】〔半導体レーザーを光ディスクシステムの再生用光源と
して使用する光ピックアップ装置の信号検出用多分割フ
ォトダイオード上でのビームスポット変動量の最大許容
量をΔＬｍｍ、光ピックアップ装置の半導体レーザー素
子の発光点と信号検出用多分割フォトダイオード間の少
なくとも一つ以上のレンズ系からなるレンズ系倍率およ
び半導体レーザー素子の発光点と信号検出用多分割フォ
トダイオード間の光学距離により定義される結像倍率を
Ｍとする〕またこの発明に係わる封止樹脂材料として
は、透明エポキシ樹脂を用いた場合、その線膨張係数α
は５〜７×１０^-5／℃である。例えば使用環境温度変化
ΔＴが−１０〜６０℃でのビームスポット移動の許容量
ΔＬが１０μｍ、発光点とフォトダイオード間の結像倍
率Ｍが８倍、線膨張係数αが６×１０^-5／℃である場合
は、前記数式（１）よりΔＸ₁≦０．２ｍｍとする必要
がある。使用する光系によりＭ、ΔＬは変わる、使用環
境温度変化ΔＴも規格により変わる、例えば車載用規格
では−１５〜７０℃である。しかし前記数式（１）によ
りΔＸ₁が決定されることは言うまでもない。

【００３８】従って本例の装置を実装面４０が固定基板
３５と密着するように固定することにより、固定基板３
５からのリードフレーム２０の変位を、離間距離ΔＸ₁
にある封止樹脂層１１による影響の範囲にとどめること
ができる。このように、前記実施例において説明した半
導体レーザー装置においては、いずれの装置であって
も、コンパクトディスクのピックアップとしてその儘採
用可能なフォトダイオード上のビームスポット移動量の
許容値を満足している。従って、前記のようなモールド
タイプの半導体レーザー装置により、低価格で、自由な
形状を容易に製造可能な半導体レーザー装置であって、
さらに、発光点の精度がキャンタイプと同程度以上に優
れた半導体レーザー装置を実現することができる。

【００３９】

【発明の効果】以上において説明したように、この発明
に係る半導体レーザー装置は、リードフレームに対称な
封止樹脂層、外部の固定基板などに固定可能なリードフ
レーム、封止樹脂層の厚みが規定された実装面といった
手段を用いることにより、封止樹脂層の熱膨張に起因す
るリードフレームの変位を抑制することができる。従っ
て、動作中におけるリードフレーム上に固定されたレー
ザーダイオード素子の変位を抑制することが可能とな
り、発光点の変位を大幅に減少させることが可能とな
る。このため、低価格で、様々な素子形状を容易に採用
することが可能なモールドタイプの半導体レーザー装置
において、発光点の変位が少なく精度の良い装置を実現
することができる。

【００４０】従って、この発明により、モールドタイプ
の半導体レーザー装置においても、コンパクトディスク
のピックアップなど、発光点の高精度の安定性が要求さ
れる装置に対して、位置の補償機構などの余分な機構を
抜きに、その儘採用可能な半導体レーザー装置を実現す
ることができる。本例のようなモールドタイプの半導体
レーザー装置は、低価格であり、様々な形状を容易に実
現できることから、近年様々な装置に採用されている。
そして、この発明により、発光点の位置精度の安定性が
非常に高い半導体レーザー装置とすることが可能とな
り、さらに、広い範囲の装置に用いることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係る半導体レーザー装置
の構成を示す側面図（ａ）および（ａ）のｂ−ｂ断面図
（ｂ）である。

【図２】図１に示す半導体レーザー装置の発光点の変位
の様子を、従来の半導体レーザー装置の発光点の変位と
共に示すグラフ図である。

【図３】図１に示す半導体レーザー装置と同じ技術に基
づき製造された方形の外形を備えた半導体レーザー装置
の構成を示す透過斜視図である。

【図４】この発明の実施例２に係る半導体レーザー装置
の構成を示す側面図（ａ）および（ａ）のｂ−ｂ断面図
（ｂ）である。

【図５】この発明の実施例４に係る半導体レーザー装置
の構成を示す側面図（ａ）および（ａ）のｂ−ｂ断面図
（ｂ）である。

【図６】従来のキャンタイプの半導体レーザー装置の構
成を、一部欠いて示す斜視図である。

【図７】図６に示す半導体レーザー装置の構成を示す正
面図（ａ）および（ａ）のｂ−ｂ断面図（ｂ）である。

【図８】モールドタイプの半導体レーザー装置の構成を
透過して示す斜視図である。

【図９】図８に示す半導体レーザー装置に用いられてる
レーザーダイオード素子の構成を示す斜視図である。

【図１０】図９に示すレーザーダイオード素子のａ─ａ
断面図である。

【図１１】モールドタイプの半導体レーザー装置の構成
を示す断面図である。

【図１２】図８に示す半導体レーザー装置の構成を示す
正面図（ａ）および（ａ）のｂ−ｂ断面図（ｂ）であ
る。

【図１３】光ディスク用ピックアップの光学系概念図と
光検出器の構成図である。

【図１４】図８に示す半導体レーザー装置における発光
点の変位のようすを示すグラフ図である。

【図１５】コンパクトディスクのピックアップ装置にお
ける発光点の変位の影響を調べる１次元シミュレーショ
ンの概要を示す説明図である。

【図１６】図１５に示すシミュレーションの結果を示す
グラフ図である。

【図１７】図１５に示すシミュレーションの結果を示す
グラフ図である。

【図１８】実施例２に係り封止樹脂層がレーザーダイオ
ード素子およびフォトダイオードの近傍のみを覆う場合
の構成を示す側面図（ａ）および（ａ）のｂ−ｂ断面図
（ｂ）である。

【図１９】図１８に示す半導体レーザー装置を固定する
例を示す断面図（ａ），断面図（ｂ），断面図（ｃ），
断面図（ｄ）および断面図（ｅ）である。

【図２０】実施例３に係り封止樹脂層がレーザーダイオ
ード素子およびフォトダイオードの近傍のみを覆う場合
の構成を示す側面図（ａ）および（ａ）のｂ−ｂ断面図
（ｂ）である。

【図２１】図２０の半導体レーザー装置を固定する例を
示す断面図（ａ），断面図（ｂ）である。

【図２２】実施例２に係りリードフレームが封止樹脂に
より露出している場合の構成を表す断面図である。

【図２３】実施例２に係りリードフレームが封止樹脂に
より露出している場合の斜視図である。

【符号の説明】

１…レーザーダイオード素子、２…基板、３…ｎ型クラ
ッド層、４…活性層、５…ｐ型クラッド層、６…キャッ
プ層、７…電極、８…背面電極、９…発光端面、１０…
端面破壊防止層、１１…封止樹脂層、２０…リードフレ
ーム、２１…金ワイヤー、２３…フォトダイオード（支
持基板）、２５…水平方向の中心線（Ｘ軸方向）、２６
…垂直方向の中心線（Ｙ軸方向）、２７…交点、２８…
リードフレームのセンター、２９…オフセット、３０…
固定用穴、３１…導通穴、３２…ボルト、３５…固定基
板、４０…実装面、５１…回折格子、５２…ハーフミラ
ー、３３…接着剤、５３…対物レンズ、５４…ディス
ク、５５…光検出器、６１…ステム、６２…放熱体、６
３…キャップ、６４…ガラス窓、６９…フォトダイオー
ド、７３…ディスク、７９…凸レンズ、８０…凸レンズ

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【手続補正書】

【提出日】平成５年４月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】図１６（ａ）は発光点の変位ΔＸが０のと
き、図１６（ｂ）はΔＸが１μm のときの各光強度分布
Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３，Ｕ４，Ｕ５＋Δを示す。また、フォ
トダイオード上での光強度分布（Ｕ５＋Δ）からフォト
ダイオード上でのビームスポット重心が計算でき、例え
ば、発光点の変位量ΔＸが１μm のとき、フォトダイオ
ード上でのビームスポット重心の移動量は−７．９μm
になる。また、異なるΔＸでも同様の計算を行い、発光
点の変位量とフォトダイオード上でのビームスポット重
心の移動量の関係を求めた（図１７）。つまり、このピ
ックアップ光学系においては、発光点の変位量ΔＸは、
フォトダイオード上では７．９倍に拡大されていること
になる。この値を半導体レーザー素子とこのフォトダイ
オード間の結合倍率Ｍと定義する。結合倍率Ｍは光ピッ
クアップ装置の半導体レーザー素子の発光点と信号検出
用多分割フォトダイオード間のレンズ系倍率および光学
距離により決定される。従って、結合倍率Ｍは光ピック
アップの構成により異なる値をとる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１３】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザー光を外部に出射可能な前方出射端
面を少なくとも具備するレーザーダイオード素子を支持
基板を介して平板状の主要部面上に支持・制御するリー
ドフレームと、前記レーザー光の透過可能な樹脂により
少なくとも前記レーザーダイオード素子を前記リードフ
レーム上に封止する封止樹脂層とを有する半導体レーザ
ー装置において；前記リードフレームに前記前方出射端
面と平行な前記主要部断面を想定し、さらにこのリード
フレーム断面の長手方向を水平方向とし、その断面の中
心を規定する水平中心線と垂直方向の中心を規定する垂
直中心線とを想定した場合に、前記封止樹脂層は前記垂
直中心線に対し対称に形成された対称型樹脂層であるこ
とを特徴とする半導体レーザー装置。
【請求項２】レーザー光を外部に出射可能な前方出射端
面を少なくとも具備するレーザーダイオード素子を支持
基板を介して平板状の主要部面上に支持・制御するリー
ドフレームと、前記レーザー光の透過可能な樹脂により
少なくとも前記レーザーダイオード素子を前記リードフ
レーム上に封止する封止樹脂層とを有する半導体レーザ
ー装置において；前記リードフレームに前記前方出射端
面と平行な前記主要部断面を想定し、さらにこのリード
フレーム断面の長手方向を水平方向とし、その断面の中
心を規定する水平中心線と垂直方向の中心を規定する垂
直中心線とを想定した場合に、前記封止樹脂層は前記リ
ードフレーム断面内の水平中心線部分および前記垂直中
心線に対し対称に形成された対称型樹脂層であることを
特徴とする半導体レーザー装置。
【請求項３】レーザー光を外部に出射可能な前方出射端
面を少なくとも具備するレーザーダイオード素子を支持
基板を介して平板状の主要部面上に支持・制御するリー
ドフレームと、前記レーザー光の透過可能な樹脂により
少なくとも前記レーザーダイオード素子を前記リードフ
レーム上に封止する封止樹脂層とを有する半導体レーザ
ー装置において；前記リードフレームに前記前方出射端
面と平行な前記主要部断面を想定し、さらにこのリード
フレーム断面の長手方向を水平方向とし、その断面の中
心を規定する水平中心線と垂直方向の中心を規定する垂
直中心線とを想定した場合に、前記封止樹脂層は前記水
平中心線および前記垂直中心線に対し対称に形成されて
おり；前記封止樹脂層は、前記リードフレームを対称の
中心として形成された対称型樹脂層であることを特徴と
する半導体レーザー装置。
【請求項４】レーザー光を外部に出射可能な前方出射端
面を少なくとも具備するレーザーダイオード素子を支持
基板を介して平板状の主要部面上に支持・制御するリー
ドフレームと、前記レーザー光の透過可能な樹脂により
少なくとも前記レーザーダイオード素子を前記リードフ
レーム上に封止する封止樹脂層とを有する半導体レーザ
ー装置において；外部基板へ装着するリードフレーム部
分を封止樹脂から露出させたことをを特徴とする半導体
レーザー装置。
【請求項５】請求項４の半導体レーザー装置において；
前記レーザーダイオード素子の装着された素子装着面側
と対峙する側の部分のリードフレーム面を外部基板への
基板装着面とするために封止樹脂から露出させたことを
を特徴とする半導体レーザー装置。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかの半導体レー
ザー装置において；半導体レーザー装置を前記外部基板
に固定する手段を有することを特徴とする半導体レーザ
ー装置。
【請求項７】請求項６の半導体レーザー装置において；
半導体レーザー装置を前記外部基板に固定する手段とし
て封止樹脂から露出されたリードフレム部分に設けられ
た貫通穴が設けられていることを特徴とする半導体レー
ザー装置。
【請求項８】請求項６または７の半導体レーザー装置に
おいて；半導体レーザー装置を前記外部基板に固定する
手段が接着剤であることを特徴とする半導体レーザー装
置。
【請求項９】請求項７の半導体レーザー装置において；
半導体レーザー装置を前記外部基板に固定する手段が前
記貫通穴を通る接続手段を有することを特徴とする半導
体レーザー装置。
【請求項１０】レーザー光を外部に出射可能な前方出射
端面を少なくとも具備するレーザーダイオード素子を支
持基板を介して平板状の主要部面上に支持・制御するリ
ードフレームと、前記レーザー光の透過可能な樹脂によ
り少なくとも前記レーザーダイオード素子を前記リード
フレーム上に封止する封止樹脂層とを有する半導体レー
ザー装置において；前記リードフレームは、そのリード
フレームの端面が前記前方出射端面の延長平面内にあ
り、この端面の長手方向を水平方向とした場合に、水平
中心線をリードフレーム厚みの中心に想定し、前記端面
の長手方向の中心に垂直中心線を想定したリードフレー
ム端面を備えており；前記封止樹脂層の外部基板への実
装面が、少なくとも前記水平中心線または前記垂直中心
線と平行な前記リードフレームの面から、下記数式
（１）に示される値を満たす離間距離ΔＸ₁ｍｍを保持
した平面を有していることを特徴とする半導体レーザー
装置。【数１】〔離間距離をΔＸ₁ｍｍ、封止樹脂層の線膨張係数をα
／℃、レーザーダイオード素子の使用環境温度変化量を
ΔＴ℃、半導体レーザーを光ディスクシステムの再生用
光源として使用する光ピックアップ装置の信号検出用多
分割フォトダイオード上でのビームスポット変動量の最
大許容量をΔＬｍｍ、光ピックアップ装置の半導体レー
ザー素子の発光点と信号検出用多分割フォトダイオード
間の少なくとも一つ以上のレンズ系からなるレンズ系倍
率および半導体レーザー素子の発光点と信号検出用多分
割フォトダイオード間の光学距離により定義される結像
倍率をＭとする〕