KR100522635B1 - 반도체레이저장치 - Google Patents

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KR100522635B1
KR100522635B1 KR10-1998-0022348A KR19980022348A KR100522635B1 KR 100522635 B1 KR100522635 B1 KR 100522635B1 KR 19980022348 A KR19980022348 A KR 19980022348A KR 100522635 B1 KR100522635 B1 KR 100522635B1
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로무 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반도체레이저장치에 관한 것이며, 특히 고주파 구동이 가능하고 저렴한 Si제의 서브마운트(submount)를 사용하면서 방열성이 우수한 반도체레이저장치에 관한 것이다.
본 발명의 반도체레이저장치는 금속제의 히트싱크(heat sink)와, 히트싱크상에 탑재되는 절연체와, 절연체에 탑재되는 도전성의 서브마운트와, 서브마운트에 PN정션(junction)의 P측면이 전기적으로 접속되도록 탑재된 반도체레이저소자와, 서브마운트 근방에 배치된 리드핀(lead pin)을 갖는 반도체레이저장치에 있어서, 상기 히트싱크와 서브마운트와의 사이에 절연체가 설치됨과 동시에, 상기 리드핀의 한쪽의 리드핀과 반도체레이저소자의 다른쪽 도전형전극 및, 상기 리드핀의 다른쪽의 리드핀과 상기 서브마운트가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

반도체레이저장치
본 발명은 반도체레이저장치에 관한 것이며, 특히 고주파 구동이 가능하고 저렴한 Si제의 서브마운트(submount)를 사용하면서 방열성이 우수한 반도체레이저장치에 관한 것이다.
종래, MO, CD-R등의 기록가능한 디스크드라이브(disc drive) 및 DVD용 디스크드라이브의 픽업(pick up)광원으로서 반도체레이저소자를 조립한 반도체레이저장치가 알려져 있다.
이 반도체레이저소자는 내부에 형성된 PN정션에 전류를 주입하므로서 레이저광이 조사되지만 동시에 열이 발생한다.
일반적으로 반도체레이저소자에서는 이 열을 효율적으로 방열시키기 위해 반도체레이저소자의 P측면을 아래로 해서(=정션다운방식;junction down방식) 열전도성이 양호한 Si제의 서브마운트에 탑재시키고, 반도체레이저소자로부터의 열을 이 서브마운트에 전달해서 방열시키는 구조가 채용되고 있다.
특히, 이 구조에 의하면 반도체레이저소자의 P측면을 아래로 하고 있기 때문에 발열원인 PN정션과 서브마운트의 거리를 짧게할 수가 있어 반도체레이저소자로부터의 열을 더욱 효율적으로 서브마운트에 전달하게 된다.
도 8에 종래의 반도체레이저소자가 탑재된 서브마운트를 이용한 반도체레이저장치의 실장구조를 나타내고 있다.
원판상의 스템(stem)(30)의 이면에는 3개의 리드핀(38),(39),(40)이 설치되어 있으며, 리드핀(39)은 스템(30)에 전기적으로 도통하도록 직접 고정되어 있고 나머지 2개의 리드핀(38),(40)은 절연체에 의해 고정되어 있다.
스템(30)의 주면(主面)에 Cu 등으로 된 히트싱크(31)가 납땜 등에 의해 고정되고 히트싱크(31)에는 납땜 등을 거쳐서 도전성의 Si서브마운트(32)가 탑재되어 있으며, 또한 서브마운트(32)의 표면에는 산화막(33)(=SiO2)을 거쳐서 Al배선(34)이 형성되어 있음과 동시에 Al패드(pad)(35)가 직접 형성되어 있다.
Al배선(34)에는 방열효과를 향상시키기 위해 정션다운방식으로 반도체레이저소자(36)가 탑재되고, 반도체레이저소자(36)의 N측면과 Al패드(pad)(35)가 금속와이어(37)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
서브마운트(32)의 근방에는 반도체레이저소자(36)에 외부로부터의 전류를 공급하기 위한 리드핀(38)이 배치되어 있고 리드핀(38)과 Al배선(34)이 금속와이어(41)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
스템(stem)(30)의 주면에는 반도체레이저소자(36)의 후방으로부터 조사되는 레이저광을 수광하고 광출력을 검색하기 위한 수광소자(42)가 직접 탑재되어 있고 수광소자(42)의 상면과 리드핀(40)이 금속와이어(43)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
그리고, 이들은 반도체레이저소자(36)를 포함하여 도시하지 않은 캡(cap)에의해 밀봉되어 패키지(package)를 구성한다.
이와같은 반도체레이저장치에 있어서는 전류가 화살표로 나타내는 바와 같이 리드핀(38)→금속와이어(41)→Al배선(34)→반도체레이저소자(36)의 P측면→반도체레이저소자(36)의 N측면→금속와이어(37)→Al패드(35)→서브마운트(32)→히트싱크(31)의 순으로 흐르므로서 반도체레이저소자(36)로부터 레이저광이 방출된다.
상기한 반도체레이저장치의 등가회로를 나타내면 도9와 같이 되고, 반도체레이저소자(LD)를 구동시키는때에 서브마운트의 용량 C1과 패키지의 인덕턴스 L1이 부가되기 때문에 특히 고주파 구동의 방해가 되고 있었다.
또한, 상기한 반도체레이저장치에 있어서는 반도체레이저소자(36)를 정션다운방식으로 서브마운트(32)에 탑재시킬 필요가 있는 것과 히트싱크(31)를 마이너스전극으로 할 필요가 있는 것에서 반도체레이저소자(36)가 탑재되는 Al배선(34)와 서브마운트(32)를 산화막(33)으로 절연시키지 않으면 안 되었다.
그리고, 산화막(33)(=SiO2)은 도11의 표에 나타낸 바와같이 서브마운트(32)(=Si)와 비교해서 열전도율이 대단히 낮아 반도체레이저소자(36)에서 발생한 열이 산화막(33) 때문에 서브마운트(32)측으로 효율적으로 전달되어 방출될 수가 없다고 하는 결점이 있었다.
한편, Si제의 서브마운트가 아니고 AlN 과 같이 절연물이면서 열전도율이 Si이상의 것을 서브마운트로서 사용하는 것이 알려져 있다.
도 10에 AlN제의 서브마운트를 이용한 반도체레이저장치의 실장구조를 나타내고 있다.
Cu등으로 된 히트싱크(121)상에 절연체인 AlN제의 서브마운트(130)가 탑재되어 있으며, 서브마운트(130)의 표면에는 Al배선(131) 및 Al배선(132)이 전기적으로 분리되도록 형성됨과 동시에, Al배선(131)상에는 반도체레이저소자(126)가 정션다운방식으로 탑재되어 있다.
그리고, 반도체레이저소자(126)의 N측면과 Al배선(132)이 금속와이어(133)에 의해 전기적으로 배선되어 있고, Al배선(132)과 히트싱크(121)가 금속와이어(134)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 서브마운트(130)의 근방에는 반도체레이저소자(126)에 외부로부터 전류를 공급하기 위한 리드핀(128)이 배치되어 있고, 이 리드핀(128)과 Al배선(131)이 금속와이어(135)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
이러한 구조의 반도체레이저장치에서는 전류가 화살표로 나타내는 바와 같이 리드핀(128)→금속와이어(135)→Al배선(131)→반도체레이저소자(126)의 P측면→반도체레이저소자(126)의 N측면→금속와이어(133)→Al배선(132)→금속와이어(134)→히트싱크(121)의 순으로 흐르므로서 반도체레이저소자(126)가 구동되어 레이저광을 방출한다.
이 반도체레이저장치에서는 서브마운트(132)가 AlN의 절연체이므로 Al배선(131)의 하면에 방열성이 나쁜 산화막을 형성할 필요가 없다.
따라서, 반도체레이저소자(126)에서 발생한 열을 Al배선(131)만을 거쳐서 서브마운트(130)에 전달할 수가 있으므로 Si제의 서브마운트와 비교해서 효율적으로 방열시킬수가 있다.
그런데. 도8및 도10에 나타내는 어느 반도체레이저장치에 있어서도 반도체레이저소자(36)(126)를 서브마운트(32),(130)상에 탑재시키므로서 방열성을 향상시키고 있으나 한편으로는 다음과 같은 이점도 갖고 있다.
즉, 반도체레이저소자(36)(126) 자체가 대단히 작기 때문에 소자의 상태로 스크리닝(screening)시험 등을 행하는 것은 취급상 불편하지만, 반도체레이저소자(36)(126)를 소자의 수십배 크기의 서브마운트(32),(130)상에 탑재시킨 상태에서, 결국 이것을 단위로 하여 측정등을 행하면 취급을 용이하게 할 수가 있다.
일반적인 반도체레이저장치의 조립공정에 있어서는 반도체레이저소자(36)(126)를 서브마운트(32),(130)상에 탑재시킨 상태에서 전기적 광학적 특성을 측정하고, 필요하면 통전번인(通電burning in)등의 스크리닝시험을 실시하여 양품(良品)이 된 반도체레이저소자(36)(126)가 탑재된 서브마운트(32),(130)만이 히트싱크(22)(121)에 부착되고 불량품은 그대로 반도체레이저소자(36)(126) 및 서브마운트(32),(130)의 양쪽이 폐기된다.
상기한 조립공정에 있어서 Si제의 서브마운트(32)(130)를 사용하는 경우, 서브마운트(32)(130)의 가격이 비교적 저렴하기 때문에 폐기에 의한 손실은 별로 문제가 되지 않는다.
그러나 AlN 등과 같이 절연체이면서 열전도율이 높은 물질의 경우, 반도체레이저장치로서의 방열성은 Si제의 서브마운트를 사용하는 것보다 우수하지만, 가격이 Si제에 비해 수십배로 대단히 고가이기 때문에 폐기에 의한 손실이 대단하게 된다.
그 결과, 반도체레이저장치 자체의 비용상승으로 이어진다는 문제를 초래하고 있었다.
본 발명의 목적은 고주파 구동이 가능하고 발열에도 우수한 반도체레이저장치를 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 저렴한 Si제의 서브마운트를 사용하면서 방열에도 우수한 반도체레이저장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 다음과 같은 구성을 취한다.
즉, 본 발명의 반도체레이저장치는 금속제의 히트싱크와, 상기 히트싱크상에 탑재되는 도전성의 서브마운트와, 상기 서브마운트에 PN정션의 한쪽의 도전형전극이 전기적으로 접속되도록 탑재된 반도체레이저소자와, 상기 서브마운트 근방에 배치된 복수의 리드핀을 갖는 반도체레이저장치에 있어서, 상기 히트싱크와 서브마운트와의 사이에 절연체가 설치됨과 동시에, 상기 리드핀의 한쪽의 리드핀과 반도체레이저소자의 다른쪽 도전형전극 및, 상기 리드핀의 다른쪽의 리드핀과 상기 서브마운트가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명의 반도체레이저장치는, 상기 리드핀의 하나의 리드핀과 반도체레이저소자의 다른쪽 도전형전극이 상기 서브마운트상의 절연막에 형성된 금속배선을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 반도체레이저장치는, 금속제의 히트싱크와, 상기 히트싱크상에 탑재되는 도전성의 서브마운트와, 상기 서브마운트에 PN정션의 P측면이 전기적으로 접속되도록 탑재된 반도체레이저소자와, 상기 서브마운트 근방에 배치된 리드핀을 갖는 반도체레이저장치에 있어서, 상기 히트싱크와 상기 서브마운트 사이에 절연체가 설치됨과 동시에, 상기 히트싱크와 상기 반도체레이저소자의 N측 및, 상기 리드핀과 서브마운트가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명의 반도체레이저장치는, 상기 히트싱크와 반도체레이저소자의 N측이 서브마운트상의 절연막에 형성된 금속배선을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 반도체레이저장치는, 절연체가 서브마운트와 동등 이상의 열전도율을 갖고 있으며, 상기 절연체가 AlN 또는 SiC 또는 BeO인 것을 특징으로 하는 것이다.
(실시예)
다음에 본 발명의 제 1실시예를 도1을 참조해서 구체적으로 설명한다.
도1(a)는 본 발명의 1실시예인 반도체레이저장치 전체의 개략구성을, 도1(b)는 반도체레이저장치 중에서 특히 반도체레이저소자의 실장구조를 나타내고 있다.
반도체레이저장치는 외관적으로는 캔(can)밀봉구조를 하고 있고, 원판상의 스템(1)과, 스템(1)의 주면에 기밀적으로 부착된 캡(2)과, 스템(1)의 이면에 설치된 3개의 리드핀(3),(4),(5)으로 구성되어 있다.
3개의 리드핀중 리드핀(4)은 스템(1)에 전기적으로 도통하도록 직접 고정되어 있고, 나머지 2개의 리드핀(3),(5)은 절연부재(7)에 의해 고정되어 있다.
캡(2)의 천정부에는 창이 형성되어 있고, 이 창을 폐색하도록 투명한 유리판(6)이 점착되어 있어 반도체레이저소자(10)의 전방으로부터 조사되는 레이저광은 이 유리판(6)을 투과해서 외부로 방출된다.
다음에 본 발명의 반도체레이저장치에 있어서의 특징적인 실장구조에 대해 설명한다.
스템(1)과 캡(2)에 의해 형성되는 패키지내에 있어서, 히트싱크(8)는 스템(1)에 대해서 수직방향으로 납땜 등으로 고정됨과 동시에 스템(1)을 거쳐서 리드핀(4)과 전기적으로 접속된다.
히트싱크(8)에는 일반적으로 방열성이 높고 또한 전기도전성이 높은 금속, 예를들면 Cu 또는 Ag이 사용된다.
히트싱크(8)에는 AlN, SiC 또는 BeO와 같은 절연물이면서 또한 열전도율이 높은 절연체(9)가 탑재되어 있으며, 절연체(9)상에는 열전도율이 높고 도전성의 Si제의 서브마운트(11)가 탑재되어 있다.
그리고, 서브마운트(11)의 표면에 방열효과를 향상시키기 위해 정션다운방식으로 반도체레이저소자(10)가 Al 등으로 된 패드(12)에 직접 장착되어 있다.
그 결과 반도체레이저소자(10)의 하면, 즉 P측면과 서브마운트(11)가 패드(12)를 거쳐서 전기적으로 접속된다.
서브마운트(11)의 근방에는 외부로부터 반도체레이저소자(10)에 전류를 공급하기 위한 리드핀(3),(5)이 히트싱크(8)와 대략 평행하게 배치되어 있으며, 리드핀(5)과 서브마운트(11)의 표면에 형성된 Al등으로 된 패드(13)가 금속와이어(14)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또, 반도체레이저소자(10)의 상면, 즉 N측면과 리드핀(3)이 금속와이어(15)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
이 구조에 있어서의 반도체레이저장치에서는 전류가 화살표로 나타내는 바와같이 리드핀(5)→금속와이어(14)→패드(13)→서브마운트(11)→패드(12)→반도체레이저소자(10)의 P측면→반도체레이저소자(10)의 N측면→금속와이어(15)→리드핀(3)의 순으로 흐르고 반도체레이저소자(10)로부터 레이저광을 방출한다.
본 발명의 반도체레이저장치의 등가회로를 나타내면 도2와 같이 되고 반도체레이저소자(LD)를 구동시키는 때에 서브마운트의 용량과 패키지의 인덕턴스를 전기적으로 떠오르게 할 수가 있어 고주파 구동에 대한 응답성이 확보된다.
또, 반도체레이저소자(10)와 서브마운트(11) 사이에는 방열성이 나쁜 산화막(SiO2)이 개재되어 있지 않고 방열성이 양호한 패드(12)만을 거치고 있으므로 반도체레이저소자(10)에서 발생하는 열을 효율적으로 서브마운트(11)에 전달할 수가 있으며, 또한, 서브마운트(11)에 전달된 열은 절연체(9)를 거쳐서 히트싱크(8)에도 전달되고 외부로 방출된다.
절연체(9)는 서브마운트(11)와 히트싱크(8) 사이를 전기적으로 절연시킬수 있는 물질이면 되지만, 서브마운트(11)에 전달된 열을 효율적으로 히트싱크(8)에 전달하기 위해서는 절연체(9)는 서브마운트(11)와 동등 이상의 열전도율을 갖는 물질, 예를들면 AlN, SiC, BeO 등을 사용하는 것이 바람직하다.
이는 열전도율이 높은 절연체(9)를 사용하므로서 반도체레이저소자(10)에 발생하는 열이 서브마운트(11) 및 히트싱크(8)를 통해서 외부로 방출되기 때문이다.
본 발명의 반도체레이저장치의 조립공정에 있어서는 종래와 마찬가지로 반도체레이저소자(10)를 서브마운트(11)상에 탑재시킨 상태에서 전기적 광학적특성을 측정하고, 필요하면 통전번인(burning in)등의 스크리닝(screening)시험을 실시한다.
그리고, 양품(良品)이 된 반도체레이저소자(10)가 탑재된 서브마운트(11)만을 히트싱크(8)상에 미리 설치된 절연체(9)상에 고정시키면 된다.
다음에 본 발명의 반도체레이저장치에 있어서의 1실시예의 다른 실장구조를 도3에 나타낸다.
스템과 캡에 의해 형성되는 패키지내에 있어서 방열성이 높고 또한 전기도전성이 높은 금속, 예를들면 Cu 또는 Ag로 된 히트싱크(8)가 도시하지 않은 스템에 납땜 등에 의해 고정되어 있으며, 히트싱크(8)에는 AlN 또는 SiC 등과 같이 절연물이면서 또한 열전도율이 높은 절연체(9)가 설치되고 이 절연체(9)상에는 열전도율이 높고 도전성의 Si제의 서브마운트(11)가 탑재되어 있다.
또한, 서브마운트(11)의 표면에 방열효과를 향상시키기 위해 정션다운방식으로 반도체레이저소자(10)가 패드(12)를 거쳐서 장착되어 있다.
그 결과 반도체레이저소자(10)의 하면, 즉 P측면과 서브마운트(11)가 패드(12)를 거쳐서 전기적으로 접속된다.
또, 반도체레이저소자(10)의 상면, 즉 N측면과, 서브마운트(11)상에 산화막(16)을 거쳐서 형성된 Al등으로 된 금속배선(17)이 금속와이어(18)에 의해 전기적으로 접속되어 있으며, 금속배선(17)과 리드핀(3)이 금속와이어(19)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 리드핀(5)과 서브마운트(11)의 표면에 형성된 패드(13)가 금속와이어(14)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
이 구조에 있어서의 반도체레이저장치의 전류는 화살표로 나타내는 바와같이 리드핀(5)→금속와이어(14)→패드(13)→서브마운트(11)→패드(12)→반도체레이저소자(10)의 P측면→반도체레이저소자(10)의 N측면→금속와이어(18)→금속배선(17)→금속와이어(19)→리드핀(3)의 순으로 흐르고 반도체레이저소자(10)로부터 레이저광이 방출된다.
상기의 구조로 하므로서의 전기적·광학적특성의 측정이나 통전번인 등의 스크리닝시험 등의 이점은 뒤에 상세히 설명한다.
다음에 본 발명의 제 2실시예를 도4∼도6을 참조해서 구체적으로 설명한다.
도4는 본 발명의 2실시예인 반도체레이저장치의 개략구성을, 도5는 반도체레이저장치의 실장구조를 나타내고 있다.
본 실시예의 반도체레이저장치는 외관적으로는 캔(can)밀봉구조를 하고 있고 원판상의 스템(1)과, 스템(1)의 주면에 기밀적으로 부착된 캡(2)과, 스템(1)의 이면에 설치된 3개의 리드핀(3),(4),(5)으로 구성되어 있다.
3개의 리드핀중 리드핀(4)은 스템(1)에 전기적으로 도통하도록 직접 고정되어 있고 나머지 2개의 리드핀(3),(5)은 절연체(7)에 의해 고정되어 있다.
스템(1)과 캡(2)에 의해 형성되는 패키지내에 있어서 스템(1)의 주면상에는 반도체레이저소자(10)의 후방으로부터 조사되는 레이저광을 수광하여 광출력을 검색하기 위한 수광소자(51)가 탑재되어 있고, 수광소자(51)는 스템(1)을 거쳐서 리드핀(4)과 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 수광소자(51)의 상면과 리드핀(3)이 금속와이어(52)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
캡(2)의 천정부에는 창이 형성되어 있고, 이 창을 폐색하도록 투명한 유리판(53)이 점착되어 있어 반도체레이저소자(10)의 전방으로부터 조사되는 레이저광은 이 유리판을 투과해서 외부로 방사된다.
다음에 본 실시예의 반도체레이저장치에 있어서의 특징적인 실장구조에 대해 설명한다.
스템(1)과 캡(2)에 의해 형성되는 패키지내에 있어서, 히트싱크(8)는 스템(1)에 대해서 수직방향으로 납땜 등으로 고정됨과 동시에 스템(1)을 거쳐서 리드핀(4)과 전기적으로 접속된다.
히트싱크(8)에는 일반적으로 방열성이 높고 또한 전기도전성이 높은 금속, 예를들면 Cu 또는 Ag이 사용된다.
히트싱크(8)에는 AlN, SiC 또는 BeO와 같은 절연물이면서 또한 열전도율이 높은 절연체(9)가 탑재되어 있으며, 절연체(9)상에는 Si제 등의 저렴하고 열도전율이 높고 도전성의 서브마운트(11)가 탑재되어 있다.
그리고, 서브마운트(11)의 표면에 방열효과를 향상시키기 위해 정션다운방식으로 반도체레이저소자(10)가 Al 등으로 된 패드(12)에 직접 장착되어 있으며, 그 결과 반도체레이저소자(10)의 하면, 즉 P측면과, 서브마운트(11)가 패드(12)를 거쳐서 전기적으로 접속된다.
또한, 반도체레이저소자(10)의 상면, 즉 N측면과, 히트싱크(8)가 금속와이어(15)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
서브마운트(8)의 근방에는 외부로부터 반도체레이저소자(10)에 전류를 공급하기 위한 리드핀(5)이 히트싱크(8)와 대략 평행하게 배치되어 있고, 리드핀(5)과 서브마운트(11)의 표면에 형성된 Al 등으로 된 패드(13)가 금속와이어(14)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
이 구조에 있어서의 반도체레이저장치의 전류는 화살표로 나타내는 바와같이 리드핀(5)→금속와이어(14)→패드(13)→서브마운트(11)→패드(12)→반도체레이저소자(10)의 P측면→반도체레이저소자(10)의 N측면→금속와이어(15)→히트싱크(8)의 순으로 흐르고 반도체레이저소자(10)가 구동되어 레이저광을 방출한다.
그리고, 반도체레이저소자(10)와 서브마운트(11) 사이에는 방열성이 나쁜 산화막(=SiO2)이 개재되지 않고 방열성이 양호한 패드만을 거치고 있으므로 반도체레이저소자(10)에서 발생하는 열은 효율적으로 서브마운트(11)에 전달될 수가 있다.
또한, 서브마운트(11)에 전달된 열은 절연체(9)를 거쳐서 히트싱크(8)에도 전달되어 외부로 방출된다.
전류의 흐름만을 고려하면 절연체(9)는 서브마운트(11)와 히트싱크(8) 사이를 전기적으로 절연시킬수 있는 물질이면 되지만, 서브마운트(11)에 전달된 열을 효율적으로 히트싱크(8)에 전달하기 위해서는 절연체(9)는 서브마운트(11)와 동등이상의 열전도율을 갖는 물질, 예를들면 AlN, SiC, BeO 등을 사용하는 것이 바람직하다.
그것은 반도체레이저소자(10)에 발생하는 열이 서브마운트(11)로부터 히트싱크(8)에 원활히 전달되어 외부로 방출되므로서 반도체레이저장치 전체적으로 충분한 방열특성을 갖게 되기 때문이다.
본 발명에서는 서브마운트(11)와 히트싱크(8) 사이에 AlN등의 절연체(9)를 개재시키는 구조로 하므로서 방열성을 향상시키고 있으나 한편으로 폐기손실에 대한 문제도 해결하고 있다.
결국, 본 발명에 있어서도 고가인 AlN등의 절연체(9)를 사용하고 있으나 이 절연체(9)는 미리 히트싱크(8)상에 고정시켜서 설치된 것으로서, 실제는 전기적 광학적특성 등이 측정되고 통전번인등의 스크리닝시험이 실시되는 것은 어디까지나 반도체레이저소자(10)에 탑재된 서브마운트(11)뿐이다.
따라서, 상기한 스크리닝시험 등에 의해 불량품으로 판정된 경우에도 폐기되는 것은 저렴한 반도체레이저소자(10)에 탑재된 서브마운트(11)뿐이며 고가인 AlN등의 절연체(9)가 스크리닝시험등의 결과에 의해 폐기되는 일은 없다.
본 발명의 반도체레이저장치의 조립공정에 있어서는 종래와 마찬가지로 반도체레이저소자(10)를 서브마운트(11)상에 탑재시킨 상태에서 전기적 광학적특성 등을 측정하고, 필요하면 통전번인 등의 스크리닝시험을 실시하여 양품이 된 반도체레이저소자(10)가 탑재된 서브마운트(11)를 히트싱크(8)상에 미리 설치된 절연체(9)상에 탑재시키는 것이 된다.
다음에 본 제 2실시예의 반도체레이저장치에 있어서의 다른 실장구조를 도6에 나타낸다.
스템과 캡에 의해 형성되는 패키지내에 있어서 방열성이 높고 또한 전기도전성이 높은 금속, 예를들면 Cu 또는 Ag로 된 히트싱크(8)가 스템에 납땜 등에 의해 고정되어 있다.
히트싱크(8)에는 AlN 또는 SiC 등과 같이 절연물이면서 또한 열전도율이 높은 절연체(9)가 설치되며, 이 절연체(9)상에는 Si제 등의 저렴하고 열전도율이 높고 도전성의 서브마운트(11)가 탑재되어 있다.
서브마운트(11)의 표면에 방열효과를 향상시키기 위해 정션다운방식으로 반도체레이저소자(10)가 패드(12)를 거쳐서 장착되어 있어, 그 결과 반도체레이저소자(10)의 하면, 즉 P측면과, 서브마운트(11)가 패드(12)를 거쳐서 전기적으로 접속된다.
또, 반도체레이저소자(10)의 상면, 즉 N측면과, 서브마운트(11)상에 산화막(16)을 거쳐서 형성된 Al 등으로 된 금속배선(17)이 금속와이어(18)에 의해 전기적으로 접속되어 있으며, 또한, 금속배선(17)과 히트싱크(8)가 금속와이어(19)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
또, 리드핀(5)과 서브마운트(11)의 표면에 형성된 패드(13)가 금속와이어(14)에 의해 전기적으로 접속되어 있다.
이 구조에 있어서의 반도체레이저장치의 전류는 화살표로 나타내는 바와같이 리드핀(5)→금속와이어(14)→패드(13)→서브마운트(11)→패드(12)→반도체레이저소자(10)의 P측면→반도체레이저소자(10)의 N측면→금속와이어(18)→금속배선(17)→금속와이어(19)→히트싱크(8)의 순으로 흐르고, 반도체레이저소자(10)가 구동되어 레이저광이 방출된다.
상기의 구조로 하므로서 특히 전기적 광학적특성의 측정이나 통전번인등의 스크리닝시험 등에 있어서 다음과 같은 이점이 있다.
도7에 나타내는 바와같이 반도체레이저소자(10)가 탑재된 서브마운트(11)에서 상기한 시험을 행하려고 하면, (a)의 경우에 있어서는 측정기(50)로부터 도출된 프로브(probe)(51)를 반도체레이저소자(10)에 직접 접촉시켜서 화살표로 나타내는바와같이 측정기(50)→측정대(52)→서브마운트(11)→패드(12)→반도체레이저소자(10)→프로브(51)→측정기(50)의 순으로 전류를 공급하여 전기적 광학적 특성을 측정한다.
한편, (b)의 경우에 있어서는 서브마운트(11)상의 절연막(16)상에 형성된 금속배선(17)에 측정기(50)로부터 도출한 프로브(51)를 접촉시켜서 화살표로 나타내는 것과 같이 측정기(50)→측정대(52)→서브마운트(11)→패드(12)→반도체레이저소자(10)→금속와이어(18)→금속배선(17)→프로브(51)→측정기(50)의 순으로 전류를 공급하여 전기적 광학적 특성을 측정한다.
그러한 경우에 있어서, (a)에서는 반도체레이저소자(10)에 프로브(51)가 접촉하는 구조이므로 측정시에 반도체레이저소자(10)에 충격을 주지 않도록 할 필요가 있지만, (b)에서는 금속배선(17)에 프로브(51)를 접촉시키는 구조이므로 반도체레이저소자(10)에 영향을 주는 일 없이 측정이 가능하게 된다.
상술한 본 발명의 반도체레이저장치에 의하면 반도체레이저소자가 서브마운트, 스템, 및 캡으로부터 전기적으로 떠있으므로 고속응답성이 확보될 수 있다.
또, 반도체레이저소자의 하면에 산화막등의 방열성이 나쁜 절연막이 존재하지 않기 때문에 방열이 양호하고, 저렴한 Si제의 서브마운트에 탑재된 상태로 반도체레이저소자를 스크리닝시험이 가능하므로 AIN 등의 고자의 절연체를 사용하는데도 불구하고 종래와 같은 폐기손실을 억제할 수가 있다.
또한, 전기적 광학적특성의 측정에 있어서 프로브가 반도체레이저소자에 접촉해서 파괴되는 것을 가능한한 줄일수가 있다.
도1의 (a)는 본 발명의 1실시예인 반도체레이저장치전체의 개략구성도,
(b)는 반도체레이저소자의 실장구조를 나타내는 설명도.
도2는 본 발명의 반도체레이저장치의 등가회로도.
도3은 본 발명의 반도체레이저장치의 다른 실장구조를 나타내는 설명도.
도4는 본 발명의 2실시예인 반도체레이저장치를 나타내는 개략구성도.
도5는 본 발명의 반도체레이저장치의 실장구조를 나타내는 설명도.
도6은 본 발명의 반도체레이저장치의 다른 실장구조를 나타내는 설명도.
도7(a)(b)는 본 발명의 반도체레이저장치의 측정상태를 나타내는 설명도
도8은 종래의 반도체레이저장치의 실장구조를 나타내는 설명도
도9는 종래의 반도체레이저장치의 등가회로도
도10은 종래의 반도체레이저장치의 실장구조를 나타내는 설명도.
도11은 열전도율을 나타내는 표.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1. 스템
2. 캡
3,4,5. 리드핀
8. 히트싱크
9. 절연체
10. 반도체레이저소자
11. 서브마운트
12,13. 패드
14,15,18,19. 금속와이어
16. 절연막
17. 금속배선

Claims (8)

  1. 금속제의 히트싱크;
    상기 히트싱크 상에 설치된 절연체;
    상기 절연체 상에 탑재되는 도전성의 서브마운트;
    상기 서브마운트 상에 탑재되고, 제 1 도전형 전극과 제 2 도전형 전극을 가지며, 상기 제 1 도전형 전극을 통해 상기 서브마운트와 전기적으로 접속된 PN정션의 반도체 레이저 소자; 및
    상기 히트싱크, 상기 절연체, 상기 서브마운트 및 상기 반도체 레이저 소자와 공간적으로 분리되어 설치된 제 1 리드핀과 제 2 리드핀을 포함하며,
    상기 제 1 리드핀은 제 1 접속수단에 의해 상기 서브마운트와 전기적으로 접속되고, 상기 제 2 리드핀은 제 2 접속수단에 의해 상기 제 2 도전형 전극과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 서브마운트 상에 설치된 절연막; 및
    상기 절연막 상에 설치된 금속배선을 더 포함하며,
    상기 제 2 리드핀과 상기 제 2 도전형 전극과의 전기적 접속은, 상기 금속배선을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 서브마운트의 열전도율 이상의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연체는 AlN 이나 SiC 또는 BeO 로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  5. 금속제의 히트싱크;
    상기 히트싱크 상에 설치된 절연체;
    상기 절연체 상에 탑재되는 도전성의 서브마운트;
    PN정션의 P측이 상기 서브마운트와 전기적으로 접속되도록 상기 서브마운트 상에 탑재된 반도체 레이저 소자; 및
    상기 히트싱크, 상기 절연체, 상기 서브마운트 및 상기 반도체 레이저 소자와 공간적으로 분리되어 설치된 리드핀을 포함하며,
    상게 리드핀은 제 1 접속수단에 의해 상기 서브마운트와 전기적으로 접속되고, 상기 히트싱크는 제 2 접속수단에 의해 상기 PN정션의 N측과 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 서브마운트 상에 설치된 절연막; 및
    상기 절연막 상에 설치된 금속배선을 더 포함하며,
    상기 히트싱크와 상기 N측과의 전기적 접속은, 상기 금속배선을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 절연체는 상기 서브마운트의 열전도율 이상의 열전도율을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 절연체는 AlN 이나 SiC 또는 BeO 로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
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