JPH08316567A - 半導体レーザ装置およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ素子の発光面から凸レンズなど
の光学素子までの光学的距離を一定にすることができ、
かつ、ＬＤチップをステムとキャップにより気密にシー
ルすることができるＬＤ装置およびその製法を提供す
る。 【構成】 ステム上に半導体レーザ素子がマウントさ
れ、前記ステムの面と直角方向に前記半導体レーザ素子
からの光を放射する半導体レーザであって、前記ステム
が第１のステム１と第２のステム２とからなり、第１の
ステムに前記半導体レーザ素子３がマウントされ、第２
のステムに前記半導体レーザ素子からの光を前記ステム
の面と直角方向に反射させる反射面Ｒが設けられ、前記
第１のステムと第２のステムとが相互に固着されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はステム上に半導体レーザ
素子がマウントされ、その周囲を透過窓を有するキャッ
プで覆われた半導体レーザ装置およびその製法に関す
る。さらに詳しくは、半導体レーザ素子の発光面から凸
レンズなどの光学素子までの光学的距離を一定にするこ
とができる半導体レーザ装置およびその製法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ピックアップや光通信などに用いられ
る半導体レーザ（以下、ＬＤという）装置は、たとえば
図４（ａ）、（ｂ）にキャップを除去した状態の平面説
明図およびそのＡ−Ａ線断面説明図がそれぞれ示される
ように、ステム２１のマウント部２１ａに、サブマウン
ト２２ｂにチップ２２ａが固着され、ＬＤチップ２２ａ
とサブマウント２２ｂ間でワイヤボンディングされたＬ
Ｄ素子２２をメタル半田２３などにより固着し、各リー
ド２５、２６とＬＤ素子２２間をワイヤボンディング
し、その表面全体をレーザ光２８の透過窓２７ａを有す
るキャップ２７で被覆し、外気による信頼性の低下を防
止するように構成されている。なお、リード２４にはＬ
Ｄチップ２２ａの一方の電極がサブマウント２２ｂを介
してボンディングされている。

【０００３】この種のＬＤ装置はステム面Ｓを基準とし
て光ピックアップやレーザ通信システムなどに取りつけ
られる。このＬＤ装置の前面には凸レンズなどの図示し
ない光学素子が設けられ、その焦点位置に光ディスクの
表面や、光ファイバの中心が位置するように、図示しな
い光学素子やＬＤ装置の取付面が設定されている。そこ
で、ＬＤチップ２２ａの発光面Ｌと図示しない光学素子
とのあいだの距離が異なると焦点位置が変わり、光ディ
スクの表面や光ファイバの中心部に集光しなくなる。そ
のため、ＬＤ装置としての基準面ＳとＬＤチップの発光
面Ｌとの距離Ｚが非常に重要な寸法となり、一般的にセ
ットメーカ側の調整代である±８０μｍ以下の公差内に
納めなければならない。しかもこの公差内に入っていて
もさらにそのバラツキが小さい程好ましい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、この種
のＬＤ装置を製造するばあい、ステムの表面である基準
面ＳとＬＤチップ２２ａの発光面Ｌとの距離Ｚが非常に
正確な寸法になるように組立てられることが要求されて
いる。しかし、ステム２１のマウント部２１ａとＬＤ素
子２２との固着はインジウムなどのメタル半田２３によ
り固着されるため、約２００℃程度の高温状態でマウン
トされる。そのため、熱膨張差などの影響により正確な
寸法を出しにくい。しかもＬＤ素子２２をダイボンディ
ングする際ＬＤ素子２２をコレットで保持して所定の位
置にセッティングするため、カメラなどによりＬＤチッ
プ２２ａの発光面Ｌを観察することもできず、寸法を測
定しながら位置合わせをすることもできない。さらにメ
タル半田２３の硬化時にＬＤ素子２２が動き易く、正確
なＺ寸法の位置出しをすることができず、±６０μｍ程
度以下のばらつきに抑えることができないという問題が
ある。

【０００５】一方、たとえば特開平６−３０２９１２号
公報には図５に示されるように、ステム２１に設けられ
た貫通孔２１ｂにＬＤ素子２２がマウントされた金属製
ヒートシンク２８を挿入して固着する構造が開示されて
いる。この構成によれば、あらかじめＬＤ素子２２が固
着された金属製ヒートシンク２８をステム２１と固定す
ればよいため、ＬＤ素子２２の周囲にコレットなどはな
く発光面とステムの基準面Ｓを測定しながら両者を固着
することが可能である。しかし縦方向の寸法調整は困難
であるとともに、この固着を溶接などで行うと貫通孔２
１ｂと金属製ヒートシンク２８との隙間を完全に埋める
ことができず気密シールをすることができない。また、
ロウ材などの接着剤で固定しようとすると加熱しなけれ
ばならず、寸法を測定しながら固定することができな
い。その結果気密シールがえられて基準面から発光面ま
での光学的距離を一定にすることができるＬＤ装置がえ
られないという問題がある。

【０００６】本発明はこのような問題を解決し、半導体
レーザ素子の発光面から凸レンズなどの光学素子までの
光学的距離を一定にすることができ、かつ、ＬＤチップ
をステムとキャップにより気密にシールすることができ
るＬＤ装置およびその製法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のＬＤ装置は、ス
テム上に半導体レーザ素子がマウントされ、前記ステム
の面と直角方向に前記半導体レーザ素子からの光を放射
する半導体レーザ装置であって、前記ステムが第１のス
テムと第２のステムとからなり、第１のステムに前記半
導体レーザ素子がマウントされ、第２のステムに前記半
導体レーザ素子からの光を前記ステムの面と直角方向に
反射させる反射面が設けられ、前記第１のステムと第２
のステムとが相互に固着されている。

【０００８】前記第１のステムおよび第２のステムの一
方のステムに貫通孔が設けられ、他方のステムが該貫通
孔に挿入され、該他方のステムの底面に設けられた鍔部
により前記第１のステムおよび第２のステムが固着され
ていることが、一方のステムの鍔部と他方のステムの底
部とは密着しているため、レーザ溶接や抵抗溶接などに
より気密シールをうることができる。

【０００９】前記第１のステムと第２のステムとのあい
だに、該第１のステムに設けられた前記半導体レーザ素
子の発光面と該第２のステムに設けられた前記反射面と
の距離を調整することができる間隙が設けられているこ
とが、ＬＤ素子が設けられた第１のステムを横方向に移
動することにより、ステムの基準面とＬＤチップの発光
面との間の光学的距離を寸法出しすることができるため
好ましい。

【００１０】本発明のＬＤ装置の製法は、（ａ）第１の
ステムに半導体レーザ素子のダイボンディングおよびワ
イヤボンディングをし、（ｂ）前記半導体レーザ素子か
ら放射されるレーザ光をステムの面と直角方向に反射さ
せる反射面を有する第２のステムを該反射面と前記半導
体レーザ素子の発光面とが対向するように前記第１のス
テムと並置し、（ｃ）前記発光面と前記反射面との距離
が一定になるように第１のステムと第２のステムとの間
隔を調整してから該両ステムを相互に固着することを特
徴とする。

【００１１】前記発光面の位置をカメラで認識し、前記
発光面と前記反射面とのあいだの距離を一定に調整する
ことにより、または前記半導体レーザ素子を発光させ、
前記反射面で反射するレーザ光のビーム径および／また
はビーム形状をカメラで認識しながら前記発光面と前記
反射面とのあいだの距離を一定に調整することにより、
ステムの基準面とＬＤチップの発光面とのあいだの光学
的距離を一定にすることができ、セットに組み込んだと
き対象物に精度よく焦点を合わせることができる。

【００１２】

【作用】本発明のＬＤ装置は、ＬＤチップを固着する第
１のステムとＬＤチップから放射されるレーザ光をステ
ム面と直角方向に反射する反射面が設けられた第２のス
テムとに分割された２つのステムが固着されることによ
り形成されている。そのため、ＬＤチップをマウントす
るばあい、ステム面と平行方向にレーザ光を放射する向
きにマウントすることができるとともに、ステムの基準
面とＬＤチップの発光面との距離である縦方向のＺ寸法
をＬＤチップがマウントされた第１のステムを横方向に
調整することにより前述の縦方向のＺ寸法と等価な光学
的距離として正確に調整することができる。

【００１３】本発明のＬＤ装置の製法によれば、ＬＤチ
ップの発光面とステムの基準面とのあいだの距離を第２
のステムの前記反射面と第１のステムのＬＤチップの発
光面とのあいだの距離を調整することにより、光学的距
離として規定される距離と等しくなるように正確に位置
合わせをすることができる。そのため、横方向の寸法調
整をすることにより、縦方向の必要とされるＺ寸法を容
易に正確にうることができる。

【００１４】

【実施例】つぎに、図面を参照しながら本発明のＬＤ装
置およびその製法について説明する。

【００１５】図１は本発明のＬＤ装置の一実施例を示す
説明図で、（ａ）はキャップを取り除いた状態の平面説
明図、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）のＢ−
Ｂ線およびＣ−Ｃ線の断面説明図、（ｄ）は底面説明
図、図２は第１のステムと第２のステムとの溶接をする
際の説明図、図３は第１のステムと第２のステムの溶接
の他の実施例の説明図である。

【００１６】図１（ａ）〜（ｄ）において、１は冷間圧
延鋼板（ＳＰＣＣ）などからなる第１のステムで、一体
に形成されたリード６およびガラスなどの絶縁材料９で
気密シールされたリード７、８を有するとともに、その
底部には鍔部１ａを有している。第１のステム１の上面
にはＬＤ素子３がボンディングされ、リード７、８とワ
イヤ１０により接続されている。ＬＤ素子３はシリコン
基板などからなるサブマウント３ｂ上にＬＤチップ３ａ
がボンディングされ、ＬＤチップ３ａとサブマウントと
のあいだはワイヤ３ｃにより接続されている。

【００１７】２は第１のステム１と同じ材料で形成され
た第２のステムで、ＬＤチップ３ａの発光面Ｌから照射
されるレーザビームをステムの基準面Ｓと直角方向に反
射させる傾斜面２ａが形成されるとともに、その傾斜面
２ａに反射板４が設けられ、反射面Ｒが形成されてい
る。第１のステム１は第２のステム２に設けられた貫通
孔２ｂに挿入され、第１のステム１の底面に設けられた
鍔部１ａが第２のステム２の底面に突き当てられること
により、第１のステム１と第２のステム２の上面は一定
の関係に保たれている。第１のステム１を挿入するため
設けられられた第２のステムの貫通孔２ｂは第１のステ
ム１の外周より大きく形成され、水平方向（ステムの基
準面と平行方向）の位置調整をすることができるように
され、位置調整後第１のステム１の鍔部１ａの外周Ｗ
を、たとえばＹＡＧ溶接により溶接することにより固着
されている。この鍔部１ａと第２のステム２との溶接部
は密着した状態のところで溶接されているため、周囲全
周を溶接することにより気密シールをすることができ
る。このステムの上面側には反射面Ｒで反射されたレー
ザ光を透過させる透過窓５ａを有するキャップ５が抵抗
溶接で気密シールされ、ＬＤチップ３ａが完全に外気か
ら遮断され保護されている。

【００１８】本発明のＬＤ装置は、ステムが第１のステ
ム１と第２のステム２とに分割され、第１のステム１に
ＬＤ素子３がほぼステムの基準面Ｓと平行方向に光を照
射するように設けられ、第２のステム２に設けられた反
射面Ｒにより基準面Ｓと直角方向に反射される構造と
し、第１のステム１と第２のステム２とのあいだにＬＤ
素子３の発光面Ｌと反射面Ｒとの距離を調整することが
できる調整代が設けられ、調整後に第１のステム１と第
２のステム２とが固着されていることに特徴がある。す
なわち、第１のステム１の横方向の位置調整をすること
により、ＬＤ素子３の発光面ＬとＬＤ装置の前方に配設
される図示されていない凸レンズなどとの距離を一定と
するため要求される基準面Ｓと発光面Ｌとの光学的距離
を一定にしている。そのため、カメラなどでＬＤ素子３
の発光面Ｌの位置を観察しながら位置調整をし、位置調
整がされた状態で第１のステム１と第２のステム２とを
固着することができる。なお、ＬＤ素子３から放射する
レーザ光の方向は基準面Ｓと平行方向でなくても、要は
反射面Ｒによる反射後に基準面Ｓと直角方向に放射され
ればよい。

【００１９】つぎに、本発明のＬＤ装置の製法について
説明する。

【００２０】まず、サブマウント３ｂにＬＤチップ３ａ
を固着しワイヤボンディングしたＬＤ素子３を第１のス
テム１上にインジウムなどのメタル半田によりマウント
し、各リード７、８とワイヤボンディングをする。

【００２１】つぎに、図２（ａ）に示されるように、反
射板４が傾斜面２ａに設けられた第２のステム２の貫通
孔２ｂにＬＤ素子３がマウントされた第１のステム１を
挿入し、調整コレット１１により第１のステム１をくわ
えた状態で第１のステム１の底面の鍔部１ａを第２のス
テム２の底面に突きあてる。

【００２２】つぎに、あらかじめ第２のステム２の反射
面Ｒの特定場所を基準位置とした座標系を有するカメラ
１２によりＬＤ素子３の発光面Ｌを観測しながら調整コ
レット１１を図２のＺ調整の方向に移動させ反射面Ｒの
特定場所と発光面Ｌとの距離が一定になるように位置調
整をする。正確な位置調整がえられた状態で調整コレッ
ト１１を固定し、鍔部１ａの外周を、たとえばＹＡＧレ
ーザ光Ｙにより溶接固着する。そののち調整コレット１
１を除去し、全周にＹＡＧ溶接を施すことにより、第１
のステム１と第２のステム２とが気密シールされる。Ｙ
ＡＧ溶接された溶接部の状態は、図２（ｃ）の斜線部に
示されるように、第１のステム１および第２のステム２
の両方に喰い込む形で溶接されるため、全周にこの溶接
を行うことにより気密シールがえられる。すなわち、鍔
部１ａを第２のステム２に突き当てて溶接するため、寸
法調整のための空隙部とは関係ない密着部で溶接をする
ことができるため気密シールをうることができる。

【００２３】発光面Ｌと反射面Ｒの特定位置との寸法調
整を前述の例では発光面Ｌの位置をカメラで認識しなが
ら行ったが、ＬＤ素子３側から反射面Ｒに照射されて反
射することにより形成されるビームのスポット径を観測
することによっても位置調整をすることができる。すな
わち、ＬＤチップ３ａから照射されるレーザビームは遠
くなるにつれて広がって大きくなったり、変形するた
め、ビーム径が一定の大きさや形状になるように調整す
ることにより、発光面Ｌと反射面Ｒとのあいだの一定の
距離がえられる。

【００２４】図３は第１のステム１と第２のステム２と
の固着方法の他の実施例を示す説明図である。この例で
はＹＡＧレーザ溶接ではなく、抵抗溶接を用いた例であ
る。そのため、電流を一部に集中させるため、第１のス
テムの鍔部１ａの第２のステム２の底面との接触側に溶
接用リブ１ｂが設けられ、前述と同様に位置調整がされ
たのち、図３（ａ）に示されるように、上部電極１３ａ
と下部電極１３ｂとで挟みつけて電流を流すことにより
加熱されて周囲全周が同時に一度で溶着される。なお、
図３（ｂ）は第１のステム１の鍔部に設けられた溶接用
リブ１ｂの拡大説明図である。他の製造工程は、図１の
説明と同様であり、位置調整の方法なども同様に行え
る。

【００２５】

【発明の効果】本発明の装置およびその製法によればス
テム準面とのあいだで位置調整をしにくいＬＤ素子の位
置を該ＬＤ素子が設けられた第１のステムを横方向に移
動させて調整しているため、非常に位置合わせ作業が容
易であるとともに正確に位置合わせをすることができ
る。そのため、セットメーカ側での位置調整がほとんど
不要となり、さらに正確な組立が短時間で行える。その
結果、高性能の電子機器が安価にえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＬＤ装置の一実施例の説明図である。

【図２】図１のＬＤ装置の溶接工程の説明図である。

【図３】第１のステムと第２のステムを固着する他の例
の説明図である。

【図４】従来のＬＤ装置の一例の説明図である。

【図５】従来のＬＤ装置の他の例の説明図である。

【符号の説明】

１ 第１のステム １ａ 鍔部 ２ 第２のステム ３ ＬＤ素子 ３ａ ＬＤチップ ４ 反射板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステム上に半導体レーザ素子がマウント
   され、前記ステムの面と直角方向に前記半導体レーザ素
   子からの光を放射する半導体レーザ装置であって、前記
   ステムが第１のステムと第２のステムとからなり、第１
   のステムに前記半導体レーザ素子がマウントされ、第２
   のステムに前記半導体レーザ素子からの光を前記ステム
   の面と直角方向に反射させる反射面が設けられ、前記第
   １のステムと第２のステムとが相互に固着されてなる半
   導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記第１のステムおよび第２のステムの
   一方のステムに貫通孔が設けられ、他方のステムが該貫
   通孔に挿入され該他方のステムの底面に設けられた鍔部
   により前記第１のステムおよび第２のステムが固着され
   てなる請求項１記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記第１のステムと第２のステムとのあ
   いだに、該第１のステムに設けられた前記半導体レーザ
   素子の発光面と該第２のステムに設けられた前記反射面
   との距離を調整することができる間隙が設けられてなる
   請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 （ａ）第１のステムに半導体レーザ素子
   のダイボンディングおよびワイヤボンディングをし、
   （ｂ）前記半導体レーザ素子から放射されるレーザ光を
   ステムの面と直角方向に反射させる反射面を有する第２
   のステムを該反射面と前記半導体レーザ素子の発光面と
   が対向するように前記第１のステムと並置し、（ｃ）前
   記発光面と前記反射面との距離が一定になるように第１
   のステムと第２のステムとの間隔を調整してから該両ス
   テムを相互に固着する半導体レーザ装置の製法。
5. 【請求項５】 前記発光面の位置をカメラで認識し、前
   記発光面と前記反射面とのあいだの距離を一定に調整す
   る請求項４記載の半導体レーザ装置の製法。
6. 【請求項６】 前記半導体レーザ素子を発光させ、前記
   反射面で反射するレーザ光のビーム径および／またはビ
   ーム形状をカメラで認識しながら前記発光面と前記反射
   面とのあいだの距離を一定に調整する請求項４記載の半
   導体レーザ装置の製法。