KR100446714B1 - 반도체 레이저 장치, 그의 제조방법 및 반도체 레이저장치를 사용한 광 픽업 - Google Patents

반도체 레이저 장치, 그의 제조방법 및 반도체 레이저장치를 사용한 광 픽업 Download PDF

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Abstract

주 출사측 발광점이 배치되어 있는 반도체 레이저 칩의 단면이 반도체의 발광점을 막지 않도록 스템 헤더부의 일단 또는 스템상에 배치된 서브마운트 헤더부의 일단으로부터 돌출되도록 위치하고 있는 반도체 레이저 칩을 포함하는 반도체 레이저 장치를 제공한다. 반도체 레이저 칩의 다이 본딩을 위해 도전성 다이 본딩 페이스트를 사용한다. 스템 헤더부의 일단 또는 스템상에 배치된 서브마운트 헤더부의 일단에 깍인 모서리부 또는 곡면처리된 모서리부를 형성한다. 또한 광픽업은 적어도 반도체 레이저 장치, 회절 격자, 광검출기, 집광 렌즈 및 대물 렌즈로 구성된다.

Description

반도체 레이저 장치, 그의 제조방법 및 반도체 레이저 장치를 사용한 광 픽업{Semiconductor laser device, fabricating method thereof and optical pickup employing the semiconductor laser device}
본 발명은 반도체 레이저 장치, 보다 상세하게는 반도체 레이저 칩 마운팅 구조와 그의 제조방법 및 이것을 사용한 광 픽업에 관한 것이다.
종래예의 반도체 레이저 장치를 도 6 내지 도 9에 도시하며, 종래예의 반도체 레이저 장치의 제조방법에 있어서 다이 본딩(die bonding) 공정을 도 10a 및 도 10b에 도시한다.
도 6의 종래예의 반도체 레이저 장치에 있어서 반도체 레이저 칩(50)은 스템(51)의 일단에 있는 헤더부(51a)의 소정 위치에 금속 경납땜재(땜납 등)(52)을 매개로 배치된다. 반도체 레이저 칩(50)은 자신이 다이 본딩될 장소에서 금속 경납땜재(52)에 의해 접착된다. 따라서 본딩 단계에 반도체 레이저 칩(50)이 움직이지 않도록 본딩 콜레트(도시되지 않음)로 고정시킬 필요가 있다. 도 6에서, 반도체 레이저 장치의 발광광축(55)은 주 출사측 발광점(53)과 모니터측 발광점(54)을 잇는 축이다.
또한, 금속 경납땜재(금-주석 합금 땜납 등)를 사용하여 반도체 레이저 칩의 크기와 마운트의 볼록부(또는 헤더부)의 크기에 착안한 선행 자료로 일본 특허공개 소63-138794호 공보 및 특허공개 평5-291696호 공보가 있다. 이들 장치를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7에서, 종래예의 반도체 레이저 장치(60)는 실리콘을 메사에칭(mesaetching)하여 마운트(63)를 형성하고, 활성층(62)을 마운트측을 향하게한 반도체 레이저 소자(61)를, 금-주석 합금 땜납(64)를 사용하여 마운트(63)의 볼록부에 다이 본딩하고 반도체 레이저 소자(61)에 금선(gold wire)(66)을 본딩함으로써 제조된다. 마운트(63)의 하부에는 방열판(65)이 설치되어 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 레이저 소자(61)와 마운트(63)는 반도체 레이저 소자(61)의 주변부에서는 서로 접촉되지 않는다. 이 때문에 반도체 레이저 소자(61)의 다이 본딩 단계에서 마운트(63)의 볼록부 상면으로부터 스며나오는 금속-주석 합금 땜납(64)은 마운트(63)의 볼록부 주변에 남게되어 반도체 레이저 소자(61)의 측면으로 상승하지 않는다.
도 8은 다른 종래 기술의 반도체 레이저 소자(70)의 단면을 도시한다. 반도체 레이저 소자(70)는 레이저 칩(71)과 히트 싱크(72)를 구비하고 있다. 히트 싱크(72)는 단면이 사다리꼴인 돌기부(80)를 구비하고있고, 돌기부(80)의 상면은 레이저 칩(71)의 하면보다 작고 평탄한 탑재면(72a)을 갖고 있다. 레이저 칩(71)은 경납땜재(73)를 통하여 상기 돌기부(80)의 상면, 즉 탑재면(72a)에 장착되어 있다.
이 반도체 레이저 소자(70)의 제조방법은 돌기부(80)의 상면에 저융점 경납땜재(예컨대 인듐(In))(73)를 도포하고 가열용융(온도 300℃) 및 냉각을 실시하여 레이저 칩(71)을 돌기부(80)에 장착하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 레이저 칩(71)은 서브마운트를 통하지 않고 경납땜재(73)를 이용하여 히트 싱크(72)의 돌기부(80)에 직접적으로 다이 본딩(직접 본딩 방식)되어 있다. 따라서 반도체 레이저 소자를 저 비용으로 제작할 수 있다. 또한 레이저 칩(71)에 의해 히트 싱크(72)의 탑재면(72a)으로부터 압출된 경납땜재(73)는 가열용융시에 돌기부(80)의 측면을 지나가기 때문에 레이저 칩(71)의 측면상으로 상승하지 않는다. 따라서, 캡층(75)을 얇게하여 발광부분(74)을 히트 싱크(72)에 부착한 경우에서도 레이저 빔(L)이 경납땜재(73)에 의해 난반사되거나 일부 방해되는 것을 방지할 수 있어 방사특성을 향상시킬 수 있다.
최근들어, 장착 효율 상승, 공정 수 단축 및 기계화를 통한 밸류 엔지니어링 (VE) 등에 의해 반도체 레이저 장치의 제조방법의 생산성을 향상시키는 것이 요청되고 있다. 이러한 측면에서 종래 기술의 반도체 레이저 장치는 금속 경납땜재(금속-주석 합금 땜납 또는 저융점 경납땜재 In)의 가열냉각 주기에 시간이 많이 소요되는 점 또는 금속 경납땜재의 재료 비용이 높은 점 등의 문제가 있었다.
이러한 개선책으로서, 도 9에 도시한 반도체 레이저 장치가 있다. 도 9에서, (50)은 반도체 레이저 칩, (51)은 스템, (51a)는 스템의 헤더부, (53)은 주 출사측 발광점, (54)는 모니터측 발광점, (55)는 주 출사측 발광점과 모니터측 발광점을 연결하는 반도체 레이저 장치의 발광광축이다. 도 9의 반도체 레이저 장치에서는 금속 경납땜재(52) 대신에 도전성 다이 본딩 페이스트(56)를 이용하여 반도체 레이저 칩(50)을 다이 본딩한다. 도전성 다이 본딩 페이스트(56)를 이용하면, 재료비가 싸고 페이스트의 가열경화는 다이 본딩 이후에 실시할 수 있다. 따라서 다이 본딩 페이스트(56)를 사용하면, 반도체 레이저 장치를 본딩 장소 또는 본딩 장치에서 가열냉각할 필요가 없기 때문에 다이 본딩 공정의 시간 단축 및 본딩 장소(또는 본딩장치)의 점유 시간을 단축할 수 있다. 다이 본딩한 반도체 레이저 장치는 다른 장소로 옮겨 가열냉각처리된다.
도 10a 및 도 10b에 상기 종래 기술의 반도체 레이저 장치의 제조방법에 따른 다이 본딩 공정을 도시한다. 도 10a에서는, 디스펜서의 시린지 침 선단(57)으로부터 일정 미량의 도전성 다이 본딩 페이스트(56)를 사출하고 시린지 침 선단(57)의 하방향(58A)으로 하강시킨다. 시린지 침의 하강에 의해 스템(51)의 헤더부(51a)의 소정 위치에 도전성 다이 본딩 페이스트(56)를 도포하고 그후 도 10b에 도시한 바와 같이 시린지 침 선단(57)을 상방향(58B)으로 상승시켜 시린지 침을 멀어지게한다. 이어 도포된 도전성 다이 본딩 페이스트(56)상에 반도체 레이저 칩(50)을 배치한다.
반도체 레이저 칩(50)의 크기는 약 0.2 mm2이고 발광점은 반도체 레이저 칩(50)의 하면으로부터 약 0.05 mm 높이에 있다. 한편, 시린지 침 선단(57)의 직경은 약 0.3 mm 이다. 시린지 침 선단(57)은 작은 편이 바람직하지만, 도전성 다이 본딩 페이스트(56)의 소정량을 확실하게 도포하기 위해서는 직경 약 0.3 mm 정도 보다 작게 설정할 수 없다.
따라서, 시린지 침 선단(57)의 직경이 약 0.3 mm 정도이고, 반도체 레이저 칩(50)의 크기가 약 0.2 mm2이기 때문에 도전성 다이 본딩 페이스트(56)는 반도체 레이저 칩(50) 보다 넓은 영역에 도포된다.
그러나, 상기 종래 기술의 반도체 레이저 장치에서는 도전성 다이 본딩 페이스트의 점성의 관계로 인하여 반도체 레이저 칩(50)의 하면으로부터 배출된 도전성 다이 본딩 페이스트(56)의 두께는 약 0.05 mm 정도까지로 형성된다. 한편, 반도체 레이저 칩(50)의 발광점은 반도체 레이저 칩(50)의 하면으로부터 약 0.05 mm의 높이에 존재한다. 따라서 도전성 다이 본딩 페이스트(56)를 사용하여 반도체 레이저 칩(50)을 다이 본딩한 경우, 도 9에 도시한 바와 같이 도전성 다이 본딩 페이스트(56)가 반도체 레이저 칩(50)의 단면 및 측면에서 상승하여 주 출사측 발광점(53) 및 모니터측 발광점(54)을 막는 문제가 있다.
또한, 최근 광 디스크 등의 반도체 레이저 장치를 사용한 광 픽업의 용도가 개발되었고, 소거가능한 정보의 광 픽업에는 광출력 50 mW 이상의 대출력 레이저가 사용되고 있다. 그러나 광 픽업, 특히 3빔 방식을 사용한 광 픽업에서는 사이드 빔에 의한 광 픽업의 칩면과 스템 면 등의 반사에 의한 복귀광이 악영향을 미치고 있어, 이러한 복귀광의 악영향을 제거하는 것이 요청되어왔다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도로서 도 1a는 헤더부의 단부에 깍인 모서리부가 제공된 경우를 도시하고, 도 1b는 헤더부의 단부에 곡면처리된 모서리부가 제공된 경우를 도시함.
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 반도체 레이저 장치 제조방법의 다이 본딩 공정의 설명도로서, 도 2a는 다이 본딩 공정의 제1 단계의 설명도이고, 도 2b는 다이 본딩 공정의 제2 단계의 설명도이며, 또 도 2c는 다이 본딩 공정의 제3 단계의 설명도임.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예의 반도체 레이저 장치 제조방법의 다이 본딩 공정의 설명도로서, 도 4a는 다이 본딩 공정의 제1 단계의 설명도이고 또 도 4b는 다이 본딩 공정의 제2 단계의 설명도임.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광픽업의 설명도.
도 6은 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도.
도 7은 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도.
도 8은 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도.
도 9는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도.
도 10a 및 도 10b는 종래 기술에 따른 반도체 레이저 장치 제조방법에 있어서 다이 본딩 공정의 설명도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10...반도체 레이저 칩
11...스템
11a...스템 헤더부
11b...헤더부(11a)의 깍인 모서리부의 각
12...스템 헤더부의 일단에 배치된 헤더부의 가공부
12a...스템 헤더부의 일단에 배치된 깍인 모서리부
12b...스템 헤더부의 일단에 배치된 곡면처리된 모서리부
13...서브마운트
13a...서브마운트의 헤더부
13b...서브마운트의 단면
13c...서브마운트(13) 헤더부(13a)의 단부
14, 14a, 14b, 14c, 14d...도전성 다이 본딩 페이스트
15a...깍인 모서리부에 흘려진 도전성 다이 본딩 페이스트
15b...곡면처리된 모서리부(12b)에 흘려진 도전성 다이 본딩 페이스트
16...주 출사측 발광점
17...모니터측 발광점
18...주 출사측 발광점과 모니터측 발광점을 연결하는 반도체 레이저 장치의 발광광축
19...디스펜서의 시린지 침 선단
19a...디스펜서의 시린지 침 선단(19)의 일부(돌출부)
19b...디스펜서의 시린지 침 선단(19)의 외주 최외부
20A...시린지 침 선단의 하강 방향
20B...시린지 침 선단의 상승 방향
100...광 픽업
101...반도체 레이저 장치
102...회절 격자
103...빔 스플리터
104..광 검출기
105...콜리메이터 렌즈 (집광 렌즈)
106...대물렌즈
107...반도체 레이저 칩
108...반도체 레이저 칩의 주 출사측 발광점
109...반도체 레이저 칩으로부터 출사된 레이저 광
110...광 디스크 등의 기록매체
112...스템 헤더부의 일단
113...도전성 다이 본딩 페이스트
따라서, 본 발명의 목적은 도전성 다이 본딩 페이스트가 주 출사측 발광점 또는 모니터측 발광점을 막지 않고 광 픽업의 복귀광에 의한 악영향도 없는 반도체 레이저 장치 및 그 제조방법 그리고 이것을 이용한 광 픽업을 제공하는 것에 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 반도체의 발광점을 막지 않도록 주 출사측상의 발광점이 위치하는 반도체 레이저 칩의 단면이 스템 헤더부의 일단 또는 스템상에 배치된 서브마운트 헤더부의 일단으로 부터 돌출되게 위치하도록 스템상에 베치된 반도체 레이저 칩을 포함하고, 반도체 레이저 칩의 다이 본딩용 접착제로서 도전성 다이 본딩 페이스트를 사용한 반도체 레이저 장치를 제공한다.
따라서, 다이 본딩 단계에서 반도체 레이저 칩의 단면 및 측면상에서 접착제가 상승하지 않아 주 출사측 발광점 및 모니터측 발광점을 막는 문제가 생기지 않는 신뢰성과 생산성이 높은 반도체 레이저 장치를 달성할 수 있다.
본 발명의 일개 구체예로서, 도전성 다이 본딩 페이스트는 스템 헤더부의 일단 또는 서브마운트 헤더부의 일단으로 부터 돌출되도록 배치된 반도체 레이저 칩의 이면에 도포된다.
따라서, 다이 본딩 단계에서 반도체 레이저 칩의 이면상에 접착제를 제공하는 것에 의해, 상기 도전성 다이 본딩 페이스트는 스템 또는 서브마운트의 헤더부 의 일단으로부터 돌출되도록 배치된 반도체 레이저 칩을 강하게 지지하고 보호한다. 따라서, 신뢰성 높은 반도체 레이저 장치를 수득할 수 있다.
본 발명의 일개 구체예로서, 스템 또는 스템상에 배치된 서브마운트의 헤더부의 일단에 깍인 모서리부 또는 곡면처리된 모서리부를 형성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 깍인 모서리부 또는 곡면처리된 모서리부가 형성되면, 도전성 다이 본딩 페이스트는 반도체 레이저 칩의 단면 및 측면에서 상승하지 않게되어 주 출사측 발광점 및 모니터측 발광점을 막는 문제도 생기지 않는다. 또한 깍인 모서리부 등에 쳐져있는 도전성 다이 본딩 페이스트는 광을 반사하기 어렵다. 이것은 반도체 레이저 장치가 복귀광의 반사로 인하여 악영향을 받지 않도록하므로 복귀광에 대한 내성을 갖는 고 신뢰성의 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
본 발명의 일개 구체예로서, 반도체 레이저 칩의 발광점은 반도체 레이저 칩의 다이 본딩 면보다 약 0.03 mm 이상 높게 위치한다.
따라서, 반도체 레이저 칩의 발광점의 높이를 0.03 mm 이상으로 높게 설정하는 것에 의해 도전성 다이 본딩 페이스트가 반도체 레이저 칩의 단면 및 측면에서 상승하지 않아 주 출사측 발광점 및 모니터측 발광점이 막히게되는 문제도 생기지 않는 고 신뢰성, 고 생산성의 반도체 레이저 장치를 제조할 수 있다.
본 발명은 상술한 반도체 레이저 장치, 회절격자 및 광검출기를 포함하는 광 픽업을 제공한다.
따라서, 본 발명의 반도체 레이저 장치를 이용하는 것에 의해 반도체 레이저 장치의 복귀광으로부터 영향을 덜 받는 광픽업을 제조할 수 있다.
본 발명은 도전성 다이 본딩 페이스트가 디스펜서의 시린지 침 단면으로부터 사출되어 도포되는 경우, 시린지 침 선단이 스템 헤더부의 일단 또는 스템상에 제공된 서브마운트의 헤더부의 일단으로 부터 부분적으로 돌출되는 위치에 시린지 침을 배치하는 단계를 포함하는 상술한 바와 같은 반도체 레이저 장치의 제조방법을 제공한다.
상기 반도체 레이저 장치의 제조방법에 따르면, 다이 본딩 단계에서 접착제가 반도체 레이저 칩의 단면 및 측면상에서 상승하지 않아 주 출사측 발광점과 모니터측 발광점을 막는 문제가 생기지 않는다. 따라서 고 신뢰성의 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
또한 도전성 다이 본딩 페이스트를 반도체 레이저 칩의 다이 본딩 접착제로사용하는 것에 의해, 금속 경납땜재를 사용한 경우에 비하여 재료비를 절감할 수 있다. 또한 도전성 다이 본딩 페이스트의 가열경화를 다이 본딩 이후에 실시할 수 있어 다이 본딩 위치 또는 장치에서 가열이나 냉각을 요하지 않게된다. 이것에 의해 다이 본딩 공정 시간을 감소시키고 또 본딩 위치(장치)의 점유 시간을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 저렴하고 고 신뢰성, 고 생산성의 반도체 레이저 장치 및 그의 제조방법을 달성할 수 있다.
이하 상세한 설명과 첨부한 도면을 참조하면 본 발명을 보다 더 상세하게 이해할 수 있을 것이며, 이러한 상세한 설명과 도면은 본 발명을 예시한 것이지 어떠한 제한을 의미하지 않는다.
도 1a 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 레이저 장치를 도시한다. 도 1a 및 도 1b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도이다. 도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 레이저 장치 제조방법의 다이 본딩 공정의 설명도이다. 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 설명도이다. 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저 장치 제조방법의 다이 본딩 공정의 설명도이다. 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광픽업의 설명도이다.
제 1 실시예
도 1a에는 반도체 레이저 칩(10), 스템(11), 스템 헤더부(11a), 스템의 일단에 위치한 헤더부에 배치된 깍인 모서리부(12a), 도전성 다이 본딩 페이스트(14), 깍인 모서리부(12a)에 흘려진 도전성 다이 본딩 페이스트(15a), 주 출사측 발광점(16), 모니터측 발광부(17) 및 주 출사측 발광점와 모니터측 발광점을 접속하는 발광 광축(18)이 도시되어 있다.
도 1b에는 스템의 일단에 위치하는 헤더부에 제공된 곡면처리된 모서리부(12b) 및 곡면처리된 모서리부(12b)에 흘려진 도전성 다이 본딩 페이스트(15b)가 도시되어 있다. 다른 구성 요소는 도 1a에 도시된 것과 동일하므로 그에 대한 설명을 하지 않는다.
도 1a 및 도 1b에서, 반도체 레이저 장치의 스템(11)은 철계 또는 구리계 금속 합금으로 제조된 모재를 가공하여 형성되며 스템(11)에는 금 도금 등의 표면처리가 실시되어 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 헤더부의 일단에는 깍인 모서리부(12a) 및 곡면처리된(R: 반경) 모서리부(12b)가 배치되어 있다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 깍인 모서리부(12a)가 스템(11) 헤더부(11a)에 배치되어 있고 반도체 레이저 칩(10)은 헤더부(11a)의 단부로부터 돌출되도록 결합되어 있다. 이러한 배치를 가짐으로써, 반도체 레이저 칩(10)을 도전성 다이 본딩 페이스트(14)에 의해 스템(11)에 결합할 때, 과량의 도전성 다이 본딩 페이스트(15a)가 깍인 모서리부(12a)로 흘러간다. 따라서, 상기 도전성 다이 본딩 페이스트(15a)는 반도체 레이저 칩(10)의 단면에 있는 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17) 위로 상승하지 않는다. 따라서, 도전성 다이 본딩 페이스트(14)는 반도체 레이저 칩(10)의 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17) 어느 것도 막지 않는다.
상술한 바와 같이, 도전성 다이 본딩 페이스트(14)는 도전성 다이 본딩 페이스트(14)가 반도체 레이저 칩(10)의 주 출사측 발광점(16)과 모니터측 발광점(17)의 어느 것도 막지 않는 상태로 반도체 레이저 칩(10)의 이면을 지지하고 보호한다. 따라서, 신뢰성 높은 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
또한 깍인 모서리부 상에 쳐져있는 도전성 다이 본딩 페이스트 (15a)는 광을 산란시키기 쉽고 광을 반사하기 어렵다. 이로써 반도체 레이저 장치는 복귀광의 반사에 의한 악영향을 받지않게되며 복귀광에 대한 내성을 갖는 고신뢰성의 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있게된다.
도 1b에는, 스템(11)의 헤더부(11a)의 일단에 곡면처리된 모서리부(12b)가 배치되어 있다. 도 1b에 도시한 바와 같이, 반도체 레이저 칩(10)은 곡면처리된 모서리부(12b) 전체에 걸쳐 스템(11)의 일단에 위치하는 헤더부(11a)의 일단으로부터 돌출되도록 결합되어 있다. 이러한 배치에 의해, 반도체 레이저 칩(10)이 도전성 다이 본딩 페이스트(14)에 의해 스템(11)에 결합될 때 과량의 도전성 다이 본딩 페이스트(15b)가 곡면처리된 모서리부(12b)로 유출된다. 따라서, 도전성 다이 본딩 페이스트(14)는 반도체 레이저 칩(10)의 단면에 위치하는 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17) 위로 상승하지 않는다. 따라서, 도전성 다이 본딩 페이스트(14)는 반도체 레이저 칩(10)의 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17)을 막지 않는다.
상술한 바와 같이, 도전성 다이 본딩 페이스트(14)는 반도체 레이저 칩(10)의 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17) 모두를 막지 않으면서 반도체 레이저 칩(10)의 이면을 지지하고 보호한다. 따라서, 신뢰성 높은 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
또한, 깍인 모서리부 상에 쳐져있는 도전성 다이 본딩 페이스트 (15a)는 광을 반사하기 어렵다. 이로써 반도체 레이저 장치는 복귀광의 반사에 의한 악영향을 받지않게되며 복귀광에 대한 내성을 갖는 고신뢰성의 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있게된다.
곡면처리된 모서리부(12b)의 곡률 반경은 반도체 레이저 장치의 사용 목적 등에 따라 상이하지만, 많은 경우 곡률반경의 범위는 30 내지 70 ㎛ 정도, 평균 곡률 반경은 40 내지 50 ㎛ 정도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 레이저 장치 제조방법의 다이 본딩 공정의 설명도이다.
도 2a는 다이 본딩 공정의 제1 단계의 설명도로서, 디스펜서 시린지 침의 하강과 침 선단으로부터 배출된 특정 미량의 다이 본딩 페이스트가 도시되어 있다. 도 2b는 다이 본딩 공정의 제2 단계의 설명도로서, 도전성 다이 본딩 페이스트가 깍인 모서리부상으로 흘려들어가는 것과 함께 시린지 침 선단이 스템과 접촉하고 중지하는 상태를 도시한다. 도 2c는 다이 본딩 공정의 제3 단계의 설명도로서, 디스펜서의 시린지 침 선단이 스템으로부터 멀어지는 상태를 도시한다. 이하 도면을 참조하여 설명한다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 일정 미량의 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)가 디스펜서에 의해 디스펜서 시린지 침 선단(19)으로부터 배출된다. 도 2b에 도시한 바와 같이, 시린지 침 선단(19)은 하방(20A)으로 이동하고 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)는 스템(11)의 헤더부(11a)의 특정 위치에 고정된다.
시린지 침 선단(19)의 깍인 모서리부의 최외주부는 헤더부(11a)와 깍인 모서리부(12a)로 형성된 코너부 외측에 배치된다.
도 2b에서, 깍인 모서리부(12a)는 헤더부(11a)의 일단에 배치되며 또 시린지 침 선단(19)의 일부(19a)는 스템(11)의 일단에 배치된 헤더부(11a)의 소정 위치로부터 돌출된 위치 관계에 있다. 따라서 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)의 일부가 깍인 모서리부(12a)상에 떨어져서 도전성 다이 본딩 페이스트(14b)로된다.
이어, 시린지 침 선단(19)이 도 2c에 도시한 바와 같이 상방(20B)으로 이동하면, 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)는 헤더부(11a)의 소정 위치로 전사도포되어 도전성 다이 본딩 페이스트(14b, 14c 및 14d)로된다. 이 경우, 참조번호 (14b)는 깍인 모서리부(12a)상에 흘려진 도전성 다이 본딩 페이스트를 의미하고, 참조번호 (14c)는 다이 본딩을 실시하기 위한 도전성 다이 본딩 페이스트를 의미하며 또 참조번호 (14d)는 시린지 침 선단에서 잔류하는 도전성 다이 본딩 페이스트를 의미한다.
그 결과, 스템(11)의 헤더부(11a)의 소정 위치에서 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)가 도포된 영역은 시린지 침 선단(19)의 크기인 직경 0.3 mm의 부분적 절단 원형을 갖는다. 즉, 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)가 도포된 영역은 반도체 레이저 칩(10)이 다이 본딩되는 방향, 즉 스템(11)의 반경 방향으로 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예의 반도체 레이저 장치에 따르면, 시린지 침 선단(19)을 본딩 위치로부터 부분적으로 돌출되도록 배치하고 헤더부(11a)에 깍인 모서리부(12a)를 배치하는 것에 의해 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)가 스템(11)의 헤더부(11a)의 소정 위치에 있는 약 0.2 mm2의 반도체 레이저 칩(10) 보다 작은 영역에 도포된다.
디스펜서에 의해 시린지 침 선단(19)으로부터 미량 배출된 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)는 도포되고 그 일부가 헤더부(11a)의 일단에 배치된 깍인 모서리부(12a) 상으로 흘려가며 이에 의해 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)의 두께가 약 0.05 mm 보다 작게된다. 즉, 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)의 두께는 반도체 레이저 칩(10)의 발광점 높이의 평균값 0.05 mm 보다 작은 값을 갖는다. 상기 두께는 도전성 다이 본딩 페이스트의 점도, 은 충전제의 함량 및 작업 온도 등에 따라서 약 10 ㎛ 내지 30 ㎛ (0.01 mm 내지 0.03 mm)이다.
도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 장착될 반도체 레이저 칩(10)은 깍인 모서리부(12a)에 인접한 소정 위치의 헤더부(11a)상에 배치되지만, 그때 주 발광측 발광점(16)의 단면은 상기 코너부로부터 약 10 내지 60 ㎛ (바람직하게는 약 10 내지 30 ㎛) 정도 돌출되도록 배치된다. 이렇게하여 도전성 다이 본딩 페이스트(14)는 반도체 레이저 칩(10)의 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17)보다 높게 상승하지 않는 상태를 얻을 수 있다.
도 1a에 도시된 헤더부에 깍인 모서리부(12a)가 배치된 경우의 다이 본딩 공정은 도 2a, 도 2b 및 도 2c를 참조하여 설명하였지만, 도 1b에 도시된 헤더부에 곡면처리된 모서리부(12b)가 배치된 경우에서도 동일한 다이 본딩 공정이 이용될 수 있다.
상기 도 2a에 도시된 헤더부(11a)와 깍인 모서리부(12a)에 의해 형성되는 코너부는 도 1b에 도시한 곡면처리된 모서리부(12b)가 헤더부에 설치된 경우에 평탄한 헤더부가 곡면처리된 모서리부(12b)의 곡면으로 이동하는 부분에 대응하는 것은 당연하다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 도전성 다이 본딩 페이스트(14)가 반도체 레이저 칩(10)의 단면 및 측면에서 상승하지 않고 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17)을 막는 문제를 발생시키지 않아 신뢰성이 높으며 생산성이 높은 반도체 레이저 칩의 다이 본딩 방법 및 신뢰성이 높은 반도체 레이저 장치를 수득할 수 있다.
또한 깍인 모서리부(12a) 또는 곡면처리된 모서리부(12b)에 흘러내린 도전성 다이 본딩 페이스트(15a, 15b)는 광을 산란하기 쉽고 광을 반사하기 어렵다. 따라서 이러한 배치로인하여 반도체 레이저 장치는 복귀광의 반사로 인한 악영향을 받지않고 복귀광에 대한 내성을 갖는 신뢰성 높은 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
제2 실시예
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저 장치를 도시하며, 도 4a 및 도 4b는 상기 장치의 제조방법의 다이 본딩 공정을 도시한다.
도 3에는 반도체 레이저 칩(10), 스템(11), 스템(11)의 헤더부(11a), 서브마운트(13), 서브마운트의 헤더부(13a), 서브마운트의 단면(13b), 코너부, 즉 헤더부(13a)의 단부(13c), 도전성 다이 본딩 페이스트(14), 주 출사측 발광점(16),모니터측 발광점(17) 및 주 출사측 발광점와 모니터측 발광점을 접속하는 반도체 레이저 발광 광축(18)이 도시되어 있다. 서브마운트(13)는 Si-계 웨이퍼 또는 AlN, SiC 등의 세라믹계 물질로 형성되며 필요에 따라 전극 패턴 또는 포토다이오드가 형성되어 있다. 서브마운트(13)는 스템(11)상의 소정 위치에 페이스트 및 경납땜재 등의 접착제로 접착고정되어 있다.
또한 서브마운트(13)의 일단에 위치하는 헤더부(13a)에 깍인 모서리부 또는 곡면처리된 모서리부를 배치할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 반도체 레이저 장치의 다이 본딩 방법을 도시한다. 도 4a에서, 서브마운트(13)는 페이스트 또는 경납땜재와 같은 접착제에 의해 스템(11)상의 소정 위치에 접착 고정되어 있다. 이 도면에서, 참조번호 (13c)는 서브마운트(13)의 일단에 배치된 헤더부(13a)의 코너부를 의미하고, 참조번호 (19b)는 디스펜서 시린지 침 선단(19)의 주변의 최외측부를 의미한다. 도 4a에 도시한 바와 같이, 디스펜서 시린지 침 선단(19)의 일부(19a)는 서브마운트(13)의 헤더부(13a)의 소정 위치로부터 돌출되어 있다. 즉, 시린지 침 선단(19)의 최외측부(19b)는 코너부의 외측, 즉 단부(13c)에 배치되어 있다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 디스펜서에 의해 디스펜서의 시린지 침 선단(19)의 선단부에 일정 미량의 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)를 사출하고 시린지 침 선단(19)을 하방(20A)으로 하강시킨다. 이렇게하여 도시되지 않았지만 서브마운트(13)의 헤더부(13a)의 소정 위치에 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)를 부착시킨다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 이어 시린지 침 선단(19)을 상방(20B)으로 상승시키면 서브마운트(13)의 헤더부(13a)상에는 다이 본딩용 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)가 도포되며, 서브마운트(13)의 단면(13b)에는 흘러들어간 도전성 다이 본딩 페이스트(14b)가 부착되고 시린지 침 선단(19)에는 잔류 도전성 다이 본딩 페이스트(14d)가 부착된다.
도 4b에서, 반도체 레이저 칩이 배치된 헤더부상의 소정 위치는 스템(11)보다 서브마운트(13)의 두께만큼 높은 곳에 있다. 이 때문에 도 4a에 도시하는 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)의 일부는 서브마운트의 단면(13b)으로 흘러가서 도전성 다이 본딩 페이스트(14b)는 얇게 도포되게된다.
그 결과, 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)가 헤더부(13a)의 소정 위치에 도포되는 영역은 시린지 침 선단(19)의 크기인 직경 0.3 mm 정도의 일부 절단된 원형으로된다. 즉, 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)의 도포 영역은 특히 반도체 레이저 칩(10)이 다이 본딩되는 방향으로, 즉 서브마운트(13)의 길이방향으로 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저 장치는 서브마운트(13)가 배치된 스템(11)을 적용하고 있고 시린지 침 선단(19)은 서브마운트(13)의 일단으로부터 부분적으로 돌출되도록 배치된다. 그 결과, 장착될 반도체 레이저 칩(10)은 주발광측 발광점의 단면을 서브마운트(13)의 일단으로부터 약 10 내지 60 ㎛ (바람직하게는 약 10 내지 30 ㎛) 정도 돌출되도록 배치되며, 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)는 반도체 레이저 칩(10)의 크기 약 0.2 mm2보다 작은 영역으로 정밀하게 도포되게된다.
도포된 도전성 다이 본딩 페이스트(14a)의 일부가 서브마운트의 단면(13b)으로 흘러가는 것에 의해 서브마운트상의 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)의 두께를 약 0.05 mm 보다 얇게할 수 있다. 즉, 도전성 다이 본딩 페이스트(14c)의 두께는 약 10 내지 30 ㎛ 정도로서, 반도체 레이저 칩(10)의 발광점 높이의 평균치 약 0.05 mm 보다 작다.
서브마운트의 단면(13b)으로 흘러간 도전성 다이 본딩 페이스트(14b)는 다이 본딩에 불필요한 것이고 또 스템(11)과 서로 동전위로 설계되어 있으면 스템(11)과 접촉하여도 어떤 문제를 유발하지 않는다.
도전성 다이 본딩 페이스트(14)는 열경화형 에폭시 수지를 은 충전제(은 페이스트)와 혼합하는 것에 의해 제조한다. 이러한 은 충전제의 예는 침상 결정계의 충전제 및 플레이크상 충전제를 포함한다. 도전성 본딩 페이스트는 또한 흑연 분말 및 탄소를 포함하는 고분자재료를 열처리하여 수득할 수 있는 고열전도성 흑연 분말을 단독으로 또는 은 충전제 등과 함께 에폭시 수지 등의 수지와 혼합하는 것에 의해 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 반도체 레이저 칩(10)의 주 발광측 발광점의 단면이 약 10 내지 60 ㎛ (바람직하게는 약 10 내지 30 ㎛) 정도 돌출되도록하여 도 3에 도시한 바와 같이 장착될 반도체 레이저 칩(10)을 서브마운트(13)상에 배치한다. 이렇게하면 도전성 다이 본딩 페이스트(14)가 반도체 레이저 칩(10)의 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17) 보다 높게 상승하지 않는 상태를 얻을 수 있다.
그 결과, 본 발명은 도전성 다이 본딩 페이스트(14)가 반도체 레이저 칩(10)의 단면 및 측면에서 상승하지 않고, 주 출사측 발광점(16) 및 모니터측 발광점(17)을 막는 문제가 생기지 않는다. 따라서, 신뢰성이 높은 반도체 레이저 칩의 다이 본딩 방법, 및 신뢰성이 높은 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
제3 실시예
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 광픽업을 도시한다. 본 발명의 광픽업은 본 발명의 반도체 레이저 장치를 적용하고 있으며 적어도 본 발명의 반도체 레이저 장치, 회절 격자 및 광검출기를 포함한다.
도 5에서, 본 발명의 광픽업(100)은 상기 제1 실시예 또는 제2 실시예에서 기술한 본 발명의 반도체 레이저 장치(101), 회절 격자(102), 빔 스플리터(103), 광검출기(104), 콜리메이터 렌즈(집광 렌즈)(105), 액튜에이터 부착 대물 렌즈(106)로 구성된다.
반도체 레이저 장치(101)의 반도체 레이저 칩(107)의 주 출사측 발광점(108)으로부터 출사된 레이저 광(109)은, 회절격자(102)에 의해, 0차 광 L0 (메인 빔), +1차 광 L1 (사이드 빔)과 -1차 광 L2 (사이드 빔)으로 구성된 3빔 광으로 나눠진다. 이 3빔 광 성분 L0, L1 및 L2는 빔 스플리터(103), 집광 렌즈(105)와 대물 렌즈(106)를 통과하여 광 디스크 등의 기록매체(110)로 입사된다.
기록매체(110)의 표면에서 반사된 0차광 L0 (이하, 복귀광으로 칭한다)는 대물렌즈(106)와 집광 렌즈(105)를 통과하여 빔 스플리터(103)에서 반사되고 이어 정보신호를 포함하는 복귀광은 광검출기(104)에 입사되어 전기신호로 변환된다. 또한빔 스플리터(103)를 통과한 복귀광은 회절격자(102)에서 다시 나눠지고 0차 복귀광 R0 (메인 복귀광), +1차 복귀광 R1 (사이드 복귀광), -1차 복귀광 R2 (사이드 복귀광)으로 나눠진다.
0차 복귀광 R0은 반도체 레이저 칩의 주 발광측 발광점(108) 근방으로 되돌아온다. 반도체 레이저 칩의 주 발광측 발광점의 단면의 반사율은 통상 약 32% 또는 그 이하이지만, 광검출기(104)로부터 수득할 수 있는 3빔 방식의 트랙킹 신호에 대해 아무런 악영향을 미치지 않는다.
+1차 복귀광 R1은 반도체 레이저 칩(107)의 반도체 레이저 칩의 주 출사측 발광점의 단면의 외부로 회절되기 때문에 상세히 말하면 약 70 ㎛ 내지 120 ㎛ 정도의 외측으로 회절되기 때문에 반도체 레이저 칩의 주 출사측의 단면은 존재하지 않게되고 따라서 광 R1은 광검출기(104)상에 아무런 악영향을 유발하지 않는다.
한편, -1차 복귀광 R2는 스템의 일단의 헤더부(112)(또는 스템상에 배치된 서브마운트의 일단에 위치하는 헤더부)측으로 회절되기 때문에 광검출기(104)에 악영향을 주는 요인으로 알려져있다. 그러나, 본 발명의 반도체 레이저 장치에는 반도체 레이저 칩(107)의 접착면 근방 및 스템의 헤더부의 근방에 도전성 다이 본딩 페이스트(113)가 배치되어 있다.
도전성 다이 본딩 페이스트(113)의 표면은 요철이기 때문에 광 표면반사율은 9 내지 24% 정도의 범위이고 그 평균치는 약 15% 정도로 낮은 값이다.
또한 제1 실시예 또는 제2 실시예에서 기술한 본 발명의 반도체 레이저 장치는 스템의 일단의 헤더부 또는 스템상에 배치된 서브마운트의 일단의 헤더부로부터반도체 레이저 칩의 주 출사측 발광점의 단면을 약 10 내지 60 ㎛ (바람직하게는 약 10 내지 30 ㎛)정도 돌출되도록 배치되며 또 반도체 레이저 칩이 도전성 다이 본딩 페이스트를 접착제로하여 다이 본딩되어 있기 때문에 -1차 복귀광 R2의 반사에 의한 미광의 발생을 억제할 수 있다.
따라서, 도전성 다이 본딩 페이스트(113)에서 반사된 복귀광은 광학계에 의해 반사되어 광검출기(104)상의 미광으로 입사되어도 오작동을 생기게하는 정도의 세기를 갖지 않는다.
이와같이 본 발명의 반도체 레이저 장치를 사용하는 것에 의해 반도체 레이저 장치로부터의 복귀광에 의해 트랙킹 신호에 대해 영향이 적은 3빔 방식의 광 픽업을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명은 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 이러한 변형은 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나지 않는 것이며 또한 이러한 모든 변형은 다업자에게 자명한 것으로 이하에 첨부된 특허청구범위내에 포함되는 것이다.
본 발명에 따른 반도체 레이저 장치의 제조방법은 반도체 레이저 칩의 단면이 돌출되게 배치하여 반도체 발광점을 막지 않게하므로 그에 의해 제조된 반도체 레이저 장치는 신뢰성과 생산성이 높다.

Claims (6)

  1. 일단면에는 주발광측 발광점이 위치하고 상기 일단면과 반대쪽의 타단면에는 모니터측 발광점이 위치하는 반도체 레이저칩을, 접착제로서 도전성 다이본딩 페이스트를 사용하여, 스템 상 또는 스템 상에 설치된 서브 마운트 위에 다이본딩함으로써 형성되는 반도체 레이저장치로서,
    주발광측 발광점이 위치하는 상기 반도체 레이저칩의 일단면이, 상기 스템의 헤더부의 가장자리 또는 상기 서브 마운트의 헤더부의 가장자리로부터 돌출되도록, 또한, 모니터측 발광점이 위치하는 상기 반도체 레이저칩의 타단면이, 상기 스템의 헤더부 상 또는 상기 서브마운트의 헤더부 상에 위치하도록, 상기 반도체레이저칩을 상기 스템 상 또는 상기 서브마운트 상에 배치하여 다이본딩하고,
    반도체 레이저칩의 다이본딩시에, 다이본딩 페이스트의 상승에 의해 반도체레이저칩의 발광점이 막히는 것을 억제할 수 있는, 반도체 레이저장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스템 헤더부의 일단 또는 상기 서브마운트 헤더부의 일단으로부터 돌출되도록 배치된 상기 반도체 레이저 칩의 이면에 상기 도전성 다이 본딩 페이스트를 바르는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스템의 헤더부의 일단 또는 스템상에 배치된 서브마운트 헤더부의 일단에 깍인 모서리부 또는 곡면처리된 모서리부가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 칩의 발광점이 반도체 레이저 칩의 다이 본딩 면으로부터 약 0.03 mm 이상 높게 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  5. 광원과, 광원으로부터 출사되는 광을 회절시키는 회절 격자와, 상기 회절된 광을 광 기록매체로 집속하는 대물렌즈와, 상기 광 기록 매체로부터의 반사광을 검출하는 광검출기를 포함하는 광 픽업으로서,
    상기 광원은 제1항에 따른 반도체 레이저장치인 것을 특징으로 하는 광픽업.
  6. 일단면에는 주발광측 발광점이 위치하고 상기 일단면과 반대쪽의 타단면에는 모니터측 발광점이 위치하는 반도체 레이저칩을, 접착제로서 도전성 다이본딩 페이스트를 사용하여, 스템 상 또는 스템 상에 설치된 서브 마운트 위에 다이본딩함으로써 형성되는 반도체 레이저장치의 제조방법으로서,
    도전성 다이본딩 페이스트를 적하(滴下)하는 디스펜서의 시린지 니들 선단의 일부가 스템의 헤더부의 가장자리 또는 상기 스템 상에 설치된 서브 마운트의 헤더부의 가장자리로부터 돌출되도록 상기 디스펜서의 시린지 니들을 위치맞춤하는 단계;
    상기 디스펜서의 시린지 니들 선단으로부터 상기 도전성 다이본딩 페이스트를 적하하여 상기 스템의 헤더부 또는 상기 서브 마운트의 헤더부 상에 다이본딩 페이스트를 도포하는 단계;
    다이본딩 페이스트로 도포된 상기 스템의 헤더부 또는 상기 서브 마운트의 헤더부 상에, 일단면에는 주발광측 발광점이 위치하고 상기 일단면과 반대쪽의 타단면에는 모니터측 발광점이 위치하는 반도체 레이저칩을 배치하여 다이본딩하는 단계를 포함하며,
    여기에서 주발광측 발광점이 위치하는 상기 반도체 레이저칩의 일단면이, 상기 스템의 헤더부의 가장자리 또는 상기 서브 마운트의 헤더부의 가장자리로부터 돌출되도록, 또한, 모니터측 발광점이 위치하는 상기 반도체 레이저칩의 타단면이, 상기 스템의 헤더부 상 또는 상기 서브마운트의 헤더부 상에 위치하도록, 상기 반도체레이저칩을 상기 스템 상 또는 상기 서브마운트 상에 배치하여 다이본딩하는 반도체 레이저장치의 제조방법.
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