JPH07105576B2 - 光半導体装置 - Google Patents

光半導体装置

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JPH07105576B2
JPH07105576B2 JP35068392A JP35068392A JPH07105576B2 JP H07105576 B2 JPH07105576 B2 JP H07105576B2 JP 35068392 A JP35068392 A JP 35068392A JP 35068392 A JP35068392 A JP 35068392A JP H07105576 B2 JPH07105576 B2 JP H07105576B2
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light
chip
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和宏 大澤
道成 浅井
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光半導体装置に関し、
特に光ピックアップ等に用いられる半導体レーザ装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザは、レーザ発振時に大きな
発熱を伴うため、そのパッケージには十分な放熱対策を
施す必要がある。図2は、従来の半導体レーザ装置の断
面図である。同図に示されるように、従来の半導体レー
ザ装置では、レーザチップ12は、Siサブマウント1
3上にマウントされ、Siサブマウント13は、ステム
ベース14上に固着されたヒートシンク(銅ブロック)
15上に搭載される。レーザチップの後方にはモニタ用
受光素子16が配置され、これら各素子は光出射窓を有
するキャップ17により封止されている。
【0003】この半導体レーザ装置では、レーザチップ
の発熱をSiサブマウント13を介して銅製のヒートシ
ンク15に放熱しているが、このようにSiを介在させ
るのは、銅とGaAs等の半導体レーザ材料とでは熱膨
張係数が大きく異なるため、ヒートシンク15に直接レ
ーザチップ12を搭載すると、熱膨張係数の差によって
生じる歪みにより半導体レーザチップ内に結晶欠陥が導
入され、特性の劣化が起こるからである。また、レーザ
チップ12を直接銅ブロック上に搭載する場合には、I
n等のソフトソルダを接合材として用いて歪みの発生を
抑制する。
【0004】半導体レーザの光出力は周囲温度により大
きく変動する。そのため、通常、図2に示すように、レ
ーザチップ12の後方にモニタ用受光素子16を配置し
てレーザチップの後方出射光を監視して光出力が常に一
定となるように駆動電流を制御している。
【0005】図3は、コンパクトディスク(以下、CD
と記す)用等の光ディスク装置に用いられる従来の光ピ
ックアップの断面図であって、従来例では、ヒートシン
ク15上に信号検出用受光素子18を搭載し、キャップ
17の光出射窓にホログラム光学素子19を配置してい
る。レーザチップ12から出射した光はCD等のディス
クに入射され、ディスクからの反射光はホログラム光学
素子19によって回折され、その1次の回折光が信号検
出用受光素子18に入射され信号として取り出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光半導
体装置では、レーザチップへの熱応力緩和材としてSi
サブマウントが用いられていたが、この構造では、Si
が熱伝導率が低く(各物質の熱伝導率(cal/cm・sec・de
g、25 ℃)は、Si=0.36、BN=1.4、ダイヤ
モンド=5.0、Cu=0.94)、効果的な放熱が行
われないため、駆動電流が高くなったりレーザチップの
寿命が短期化する等の欠点があった。サブマウント用材
料は、より熱伝導率の高いBNやダイヤモンドを用いる
ことも考えられるがこれらの材料は非常に高価で加工性
もよくないため実用的ではない。
【0007】一方、サブマウントを用いず、レーザチッ
プをInのようなソフトソルダを用いて、放熱ブロック
に直接マウントした場合、熱伝導性はよいが、ソフトソ
ルダを使用しているため、クリープ現象によるチップの
位置ズレがおこり、ビームの出射方向が変化し、またレ
ーザチップの出力を調節するモニタ受光素子への入射光
量が変動する。そのため、光学系の正常動作が損なわれ
またレーザチップの出力が過大となる恐れがあった。
【0008】また、従来のレーザ出力モニタ方式では、
レーザチップ端面両側(メイン光側、モニタ光側)の出
力比をほぼ一定と仮定しているため、レーザチップ端面
の劣化などにより、長期使用中にメイン光とモニタ光の
比が変化した場合、メイン光を正しくコントロールする
ことができなくなるという欠点があった。
【0009】而して、従来のホログラム光ピックアップ
は、レーザチップと信号検出用受光素子とが同一パッケ
ージ内に収納されて小型化されている。しかしながら、
レーザ単体のパッケージに比べて相当大きく、今後更に
進むと考えられる光ディスクやCD等の光情報処理装置
の軽薄短小化に対応すべく一層の小型化が望まれてい
る。
【0010】よって、本発明の目的とするところは、第
1に、安価でかつクリープ現象等を生じることのない低
熱抵抗の放熱構造を提供することであり、第2に、後方
出射光をモニタ光とすることによって起こる不都合を回
避することであり、第3に、光ピックアップ等の光半導
体装置のより一層の小型化を実現することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置で
は、上記目的を達成するために、半導体レーザチップの
第1の主面をソフトソルダを介して金属放熱ブロックに
固着し、前記半導体レーザチップの第2の主面をハード
ソルダを介してシリコン基板の側面に固着している。そ
して、半導体レーザチップの出力光および/または入射
信号光を検出するために、前記シリコン基板の表面領域
内にモニタ受光素子および/または信号検出用受光素子
を形成している。
【0012】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1の(a)は、本発明の一実施例の縦断
面図であり、図1の(b)はその横断面図である。この
パッケージの製造に当たっては、まず、高反射膜(HR
コート)により裏面反射率が100%近くになされたレ
ーザチップ1と、レーザ出力を監視するモニタ用受光素
子2とCD等により反射された光を検出する信号検出用
受光素子3が形成されている受光チップ4とを用意し、
受光チップ4の側面にレーザチップ1の基板側をAuS
iハードソルダ10を用いて接着する。その際、レーザ
チップ1の発光方向が受光チップ4の受光面に垂直にな
るようにマウントする。この受光チップ4をAuSnソ
ルダを使用してセラミック基板5上にマウントする。
【0013】そして、レーザチップ1、受光チップ4が
マウントされているセラミック基板5を、Ni/Auメ
ッキされたCu製のステムベース6上にPbSnソルダ
を用いてマウントする。この工程に先立って、ステムベ
ース6と一体化されている銅ブロック6aのレーザチッ
プ1に当接する部分に予めInソフトソルダ11を付着
しておく。そして、セラミック基板5のマウント時にC
uブロック6a上のInソフトソルダにレーザチップ1
のエピタキシャル側を接触させ固定する。これにより、
レーザチップ1は、Cuブロック6aと受光チップ4に
サンドイッチ状に挟まれた状態になる。次に、レーザチ
ップ1、受光チップ4と外部リード7との間をボンディ
ングワイヤで接続する。その後、ホログラム光学素子9
が搭載されたキャップ8を抵抗溶接によりステムベース
6に固着する。
【0014】レーザチップ1からでた光はホログラム光
学素子9を通して外部に取り出されるが、その一部の光
はホログラム光学素子9で反射回折され、受光チップ4
上のモニタ用受光素子2に戻り、レーザ出力モニタ用電
流に変換される。一方、ホログラム光学素子9を通して
外部に取り出された光は、CD等のディスク面上で反射
される。この反射光はホログラム光学素子9によって回
折され、その1次の回折光が受光チップ4上にある信号
処理用検出用受光素子3に入射し、信号電流に変換され
る。
【0015】上記のように構成された光半導体装置で
は、レーザチップ1がサンドイッチ状になっているた
め、放熱については熱伝導性のよいCuブロック6aか
ら十分に行え、それに加え熱抵抗も従来のSiヒートシ
ンク分である20〜30℃/Wが低減される。その結
果、レーザチップを低温度で動作させることができるよ
うになり、そのしきい値を低く抑えることができるの
で、素子の長寿命化も可能となる。しかも、レーザチッ
プ1は受光チップ4にハードソルダで固定されているた
め位置ズレを起こすことはない。
【0016】さらに、レーザチップ1を受光チップ4の
側面にマウントしたことにより光半導体装置をコンパク
トに構成することが可能となった。実際、パッケージの
外形寸法(径×高さ)を従来の5.6φ×7.5h(単
位:mm)から3.0□×4.0h程度に小型化すること
ができた。また、メイン光の一部をモニタしているた
め、メイン光とモニタ光との比が変化することがなくな
り、常に正常にメイン光のコントロールが行える。
【0017】上記実施例では、受光チップ内に光出力モ
ニタ用受光素子と信号検出用受光素子を搭載していた
が、同一基板内にさらにレーザ出力安定回路やレーザ駆
動回路を集積化することもでき、その場合より多機能化
された使いやすいレーザ装置を構成することができる。
また、実施例では、Cuブロック6aがステムベース6
に一体的に成型されたものを用いていたが、これらを別
体のものとして作製し後に接合したものを用いてもよ
い。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光半導体
装置は、レーザチップの第1の主面をソフトソルダによ
り放熱ブロックに固着し、その第2の主面をハードソル
ダによりシリコン基板の側面に固着したものであるの
で、以下の効果を期待することができる。 放熱ブロックに直付けした場合に生じたクリープ現
象を回避しつつ従来の直付けの場合以上の放熱効果を得
ることができる。従って、クリープ現象によって起こさ
れる装置の異常動作を防止することができるとともにレ
ーザ素子のしきい値を低く抑えまたその寿命を長期化す
ることがができる。 モニタ用および信号検出用の受光素子の形成してあ
るシリコン基板の側面にレーザチップをマウントするこ
とにより、光ピックアップ等の光半導体装置を小型化す
ることができる。 シリコン基板内にさらにレーザ出力安定回路やレー
ザ駆動回路等を集積化することにより、光半導体装置を
大型化することなくより高機能化することができる。 メイン光の一部をモニタするものであるため、メイ
ン光とモニタ光との比が変化することによって生じる不
都合を回避して、常に正確なコントロールをが行えるよ
うになる。 レーザチップに対するワイヤボンディング不要とな
り、またワイヤボンディングがすべて平面的に行われる
ため、組み立て工程が簡素化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の縦断面図と横断面図。
【図2】第1の従来例の断面図。
【図3】第2の従来例の断面図。
【符号の説明】
1、12 レーザチップ 2、16 モニタ用受光素子 3、18 信号検出用受光素子 4 受光チップ 5 セラミック基板 6、14 ステムベース 6a Cuブロック 7 外部リード 8、17 キャップ 9、19 ホログラム光学素子 10 ハードソルダ 11 ソフトソルダ 13 Siサブマウント 15 ヒートシンク

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レーザチップの第1の主面がソフ
    トソルダを介して金属放熱ブロックに固着され、前記半
    導体レーザチップの第2の主面がハードソルダを介して
    シリコン基板の側面に固着されている光半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記第1の主面がエピタキシャル層形成
    側の面であり、前記第2の主面が基板側の面である請求
    項1記載の光半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記シリコン基板の表面領域内に、前記
    半導体レーザチップの出力光をモニタするモニタ受光素
    子および/または信号検出用受光素子が形成されている
    請求項1または2記載の光半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記シリコン基板の表面領域内に、前記
    半導体レーザチップの制御回路および/または駆動回路
    が形成されている請求項3記載の光半導体装置。
  5. 【請求項5】 レーザ光出射窓にホログラム光学素子が
    配置されている請求項3または4記載の光半導体装置。
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