JPH08288594A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザチップや受光素子を湿度や水分
等の外部環境から保護でき、長期信頼性に優れた半導体
レーザ装置を提供する。 【構成】 受光素子４が作り込まれた放熱板３を保護板
９上に配置し、さらに放熱板３の上面に半導体レーザチ
ップ１を配置した。半導体レーザチップ１や信号光を受
光のための受光素子４と外部リード７とを配線した後、
枠体６の上端縁部分にアクリル樹脂等よりなる紫外線硬
化型の第１の接着剤１１を少量塗布し、周縁部分が階段
構造をしたホログラム光学素子などからなる光学部品２
を載置し、位置合わせをしてから、紫外線を照射して硬
化させて接着、固定する。次いで光学部品２から枠体６
の上端縁面にかけて紫外線硬化型の第２の接着剤１２を
付け、紫外線を照射して硬化させることによって、光学
部品２とパッケージ１０とを気密に接着封止して中空部
１３をその内部に形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理、光計測お
よび光通信等の分野において使用される半導体レーザ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の記録再生方式である磁気ヘッドに
よるビデオテープ方式に対して、近年光学ヘッドを利用
し、情報を含む記録媒体上に収束した光ビームを照射
し、記録媒体からの反射光を検出して記録媒体の情報内
容を映像や音声として再生する光ディスク方式の普及が
著しい。記録媒体としてはオーディオ分野ではコンパク
トディスクが、映像分野ではレーザディスクが、情報分
野では光磁気ディスクや相変化型ディスクがよく知られ
ており、光ディスクから情報を読み出すために光学ヘッ
ドとして半導体レーザ装置を用いた光ピックアップ装置
が用いられる。これらの半導体レーザ応用による記録再
生技術はコンピュータネットワーク、あるいはパーソナ
ルコンピュータのデータ記録にも応用可能であり、マル
チメディアと呼ばれる高度情報化社会の中枢を担う技術
として発展している。

【０００３】従来の半導体レーザ装置の構成例として特
公平６-５８９８９号公報に記載される技術を図９に示
し、その概略について説明する。半導体レーザチップ１
は金属ステム１４の中心付近の垂直面に固定され、モニ
ター用受光素子５は半導体レーザチップ１の下方水平面
上に固定され、信号読取用受光素子４は金属ステム１４
の上部水平面上に固定され、その全体を上部に出射光取
り出し用の貫通穴の開いた金属キャップ１５でカバーさ
れている。さらにその金属キャップ１５の上部にたとえ
ばホログラム光学素子などの光学部品２を固定するので
あるが、その際、まず紫外線硬化型の第１の接着剤１１
を少量塗布し、光学部品２を載置し位置制御装置により
半導体レーザチップ１と光学部品２の位置合わせを行
う。次に紫外線を照射することにより、硬化し、接着、
固定される。次いで、光学素子２端から金属キャップ１
５の上面にかけて第２の接着剤１２を付着させ、硬化さ
せて、光学部品２と金属キャップ１５とで中空部を形成
することで、半導体レーザチップ１および受光素子４を
湿度や水分等の外部環境から保護する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の半導体レーザ装置では光学部品２と金属キャップ１５
との固着が接着剤によって図９のように接着されている
が、接着剤を塗布する際に一部光学部品２の上面に回り
込んだ場合、図１０（ａ）に示すようにホログラム光学
素子上面が平坦であるために接着剤が硬化前に光学部品
２の中心方向へと流れ込み、レーザ出射光の妨げになっ
たり、光学部品２のパターンを侵害したりするおそれが
ある。

【０００５】また、従来の構造ではその接着部分の沿面
距離が短く、リークパスを形成する原因となり、外部か
らの水分や湿気が浸入しやすい。

【０００６】さらに従来の構造では、光学部品２の接着
剤との界面の断面形状がＬ字型であり、熱変化によって
接着剤や各部品の膨張収縮が生じた場合に図１０（ｂ）
に示すように剥離が生じやすい。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の半導体レーザ装置は、半導体レーザチップ
と、半導体レーザチップをその内部に収納する枠体およ
び保護板からなる絶縁材料で構成されたパッケージと、
パッケージの一部分に固定された光学部品とを備え、光
学部品の周縁部分に階段構造を設け、光学部品の階段構
造部分および枠体の一部分に接着剤を付着させて接着し
たものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、周囲に階段構造を設けた光学
部品を接着剤を介して嵌合させることにより、より堅固
な接着が可能となり、レーザ光の妨げとなる接着剤の中
心方向への流れ込みを防止することができ、従来よりさ
らに複雑な三次元的接合部分を構成したことにより、気
密性が向上し、長期信頼性に優れた半導体レーザ装置を
得ることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の半導体レーザ装置の実施例に
ついて説明する。

【００１０】図１は本発明の実施例の半導体レーザ装置
の断面図である。図１において、（ａ）は樹脂パッケー
ジの例を、また（ｂ）はセラミックパッケージの例をそ
れぞれ示す。

【００１１】本実施例の構造が図９に示した従来例と異
なる点は、図１からも明らかなように、光学部品の外周
部に階段構造を設けたことにある。

【００１２】図１に示すように、保護板９と枠体６とは
パッケージ１０としてたとえば樹脂やセラミックによっ
て接着一体化され、前記パッケージ１０内のほぼ中央に
受光素子４が位置するよう、ヒートシンク機能をもつシ
リコン基板等の放熱板３上に形成され、これらが保護板
９上に配置されている。そして、放熱板３の上面にはた
とえば面発光型半導体レーザチップ１が配置されてい
る。半導体レーザチップ１や信号光を受光するための受
光素子４と外部リード７との配線処理をした後、枠体６
の上端縁部分にアクリル樹脂等よりなる紫外線硬化型の
第１の接着剤１１を少量塗布して、周縁部分が階段構造
をしたたとえばホログラム光学素子などからなる光学部
品２を載置して位置制御装置により半導体レーザチップ
１と光学部品２との位置合わせをする。そして、紫外線
を照射することによって硬化させて接着、固定する。次
いで光学部品２から枠体６の上端縁面にかけて紫外線硬
化型の第２の接着剤１２を付着させ、紫外線を照射して
硬化させることによって、光学部品２とパッケージ１０
とを気密に接着封止して中空部１３をその内部に形成す
る。

【００１３】なお、８は半導体レーザチップ１からの出
射光である。図１（ａ）の樹脂パッケージの例において
は、外部リード７をそのまま延伸させたものであり、ま
た図１（ｂ）のセラミックパッケージの例においては、
外部リード７を保護板９の周縁面部分から裏面に沿うよ
う導出したものである。

【００１４】このように、本実施例は、光学部品２の周
縁部分を階段構造とし従来より複雑な三次元的接着部分
を設けたため、半導体レーザチップ１および受光素子４
を湿度や水分等の外部環境から保護できるとともに、接
着剤１２が硬化前に光学部品２の中央部分方向へ流れ込
むことを抑止し、光学部品２のパターンが損傷を受ける
ことを防止できる。そしてまた、図２に示すように、硬
化後や使用時に、接着部分に多少の剥離が生じたとして
も、接着沿面距離が長く、接着部分が三次元構造を持つ
ためにリークパスを生じにくい。

【００１５】なお、上記実施例においては第２の接着剤
として紫外線硬化型を用いたが、熱硬化型や常温硬化型
の接着剤を用いても同様の効果が得られる。

【００１６】また、光学部品２の周端縁部分を図３
（ａ）に示すように多段階構造としたり、同図（ｂ）に
示すように上下面共に階段構造としたりすることで、さ
らに長い接着沿面距離や広い接着部分が確保され、より
高い気密封止効果が得られる。この効果は上記実施例だ
けでなく後述の他の実施例についても同様に得られる。

【００１７】また、階段構造の面を粗面にすることによ
り、光学部品と接着剤とがさらに強固な接着性を持ち、
高い信頼性を得ることができる。

【００１８】また、本実施例はヒートシンク用シリコン
基板に受光素子を形成しているが、受光素子以外にもＩ
（電流）−Ｖ（電圧）変換アンプやレーザ駆動用ＡＰＣ
回路、演算回路を集積して形成することも可能である。

【００１９】また、このとき枠体６の上面に光学部品２
に対して適当なクリアランスを持つ凹部１６を設けた場
合では、前記凹部１６により位置合わせ工程中に光学部
品と前記凹部１６との隙間が第１の接着剤１１によって
隙間なく充填され、紫外線を照射することにより容易に
硬化し、接着固定される。

【００２０】しかしながら、光学部品２が従来の平坦な
構造の場合、枠体６に凹部１６を形成した構造では、図
４に示すように光学部品２と枠体６との間に凹部１６が
形成する隙間がその幅に対して深いために、接着剤塗布
の際にこの隙間に気泡１７が生じやすく、リークパスを
短くするというおそれがある。

【００２１】これは光学部品２に上述した階段構造を持
たせることにより、枠体６の凹部１６と光学部品２との
隙間への接着剤の流れ込みを容易にし、気泡の発生を防
止することで解消できる。前記階段構造と凹部を組み合
わせた場合、より容易に長期信頼性に優れた半導体レー
ザ装置を得ることができる。

【００２２】光学部品２が上述の階段構造を持つ場合、
図５に示すようにその平坦部分と枠体６の凹部の肩の部
分の高さを一致させるならば、さらに気泡の発生を抑え
ることができる。

【００２３】光学部品の周端縁部分を階段構造とする方
法について、図６を参照して説明する。

【００２４】図６（ｂ）に示すように、まず所定の厚さ
の光学ガラス薄板２１を準備し、同図（ｃ）に示すよう
にその一方の主面側に溝状部分２２を形成する。なお、
ここでは溝状部分２２を網目状とする。次いで、図６
（ｄ）に示すように、この溝状部分２２の中央を薄刃を
用いてカットする。

【００２５】このような方法で、図６（ａ）に示すよう
な、周端縁部分に階段構造を持つ光学部品２を製造する
ことができる。なお、溝状部分２２を形成する際、溝形
成用の刃の厚さをを変えながら幾重にも重ねることによ
り、多段階構造とすることができる。なお、光学ガラス
に代えて光学樹脂または光学結晶を使用して光学部品を
構成してもよいことは言うまでもない。

【００２６】このように上記実施例によれば、パッケー
ジ１０を構成する枠体６の凹部１６に周囲に階段構造を
設けた光学部品２を接着することにより、中空部１３の
気密性を向上させ、半導体レーザチップ１および受光素
子４の特性の信頼性を向上することができる。

【００２７】次に本発明の他の実施例について説明す
る。半導体レーザ装置を構成する場合、光ピックアップ
での光軸調整を容易にするために、光ビームは半導体レ
ーザ装置から垂直に取り出されなくてはならない。レー
ザチップは基板面からではなく基板面に垂直な劈開面か
ら光ビームを出射するため、実装面は縦方向となり、受
光素子は基板面上に感度領域を持つために、実装面は横
方向となる。上述のように半導体レーザチップと受光素
子を通常の方法で一体化しようとした場合、互いに垂直
な面に実装する必要があり、小型化および組立精度の向
上が困難となる。しかしながら、図７に示すように、４
５度ミラー１８を形成することにより、半導体レーザチ
ップ１と受光素子５を同一平面内に集積することが可能
となり、小型化および半導体レーザチップと受光素子の
相対位置精度の向上を可能とした。

【００２８】光学部品２として偏光ホログラム光学素子
を用いた半導体レーザ装置を図８に示す。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、主として半導体レーザチップ
と、半導体レーザチップを内部に収納する絶縁材料から
形成されるパッケージと、前記パッケージの上面に接着
剤を介して設けられた光学部品からなる半導体レーザ装
置であって、光学部品の外周部に階段構造を設けること
でパッケージと光学部品が三次元的な接合部分を構成す
るものであり、きわめて長期信頼性に優れた半導体レー
ザ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の半導体レーザ装置における樹
脂パッケージを使用した実施例の断面図 （ｂ）は同じくセラミックパッケージを使用した実施例
の断面図

【図２】図１に示した本発明の実施例による効果を説明
するための部分断面図

【図３】（ａ）は本発明の半導体レーザ装置における多
段階構造光学部品を使用した実施例の断面図 （ｂ）は同じく上下階段構造光学部品を使用した実施例
の断面図

【図４】半導体レーザ装置の枠体凹部による課題を説明
するための断面図

【図５】本発明の半導体レーザ装置におけるさらに他の
実施例の断面図

【図６】本発明の半導体レーザ装置における光学部品の
製造方法を説明するための工程図

【図７】本発明の半導体レーザ装置におけるさらに他の
実施例の断面図

【図８】本発明の半導体レーザ装置におけるさらに他の
実施例の断面図

【図９】従来の半導体レーザ装置の一部破断斜視図

【図１０】（ａ），（ｂ）は従来の半導体レーザ装置に
おける課題を説明するための図

【符号の説明】

１ 半導体レーザチップ ２ 光学部品 ３ 放熱板 ４ 信号読取用受光素子 ５ モニター用受光素子 ６ 枠体 ７ 外部リード ８ 出射光 ９ 保護板 １０ パッケージ １１ 第１の接着剤（紫外線硬化型） １２ 第２の接着剤（紫外線硬化型等） １３ 中空部 １４ 金属ステム １５ 金属キャップ １６ 凹部 １７ 気泡 １８ ４５度ミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 昭男 大阪府高槻市幸町１番１号 松下電子工業 株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザチップと、前記半導体レー
   ザチップをその内部に収納する枠体および保護板からな
   る絶縁材料で構成されたパッケージと、前記パッケージ
   の一部分に固定された光学部品とを備え、前記光学部品
   の周縁部分に階段構造を設け、前記光学部品の階段構造
   部分および前記枠体の一部分に接着剤を付着させて接着
   した半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 半導体レーザチップとパッケージとの間
   にヒートシンク機能を持つ部材を介在させた請求項１記
   載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 ヒートシンク機能を持つ部材がシリコン
   基板である請求項２記載の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 ヒートシンク機能を持つ部材が４５度の
   反射ミラーが形成されたシリコン基板である請求項２記
   載の半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 シリコン基板に少なくとも受光素子が設
   けられた請求項２または請求項３記載の半導体レーザ装
   置。
6. 【請求項６】 光学部品が光学ガラス、光学樹脂、また
   は光学結晶で構成された請求項１記載の半導体レーザ装
   置。
7. 【請求項７】 光学部品がホログラム光学素子である請
   求項１または請求項６記載の半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 ホログラム光学素子が偏光ホログラム光
   学素子である請求項７記載の半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 半導体レーザチップをその内部に収納す
   る枠体と保護板とからなるパッケージが樹脂絶縁材料で
   構成された請求項１〜８のいずれかに記載の半導体レー
   ザ装置。