KR100852567B1 - 광학 장치 장착 방법 및 광학 헤드 장치 - Google Patents

광학 장치 장착 방법 및 광학 헤드 장치 Download PDF

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가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따르면, 하나의 동일 기판 상에 부품 또는 통합 부가 부품의 개수를 감소시키는 표면 하향 결합에 의해 장착 기판에 대향하는 표면 상에 단차부를 갖는 광학 장치를 장착하는 방법은 광원을 사용하여 광학 헤드의 크기 및 두께를 감소시키는데 유용하고, 이 방법은 광학 장치를 장착하기 위해 기판 상에 전극을 장착할 때, 납땜 패턴에 대한 각 전극의 영역비를 모든 배선 전극부에 대해 다르게 만드는 단계를 통상 포함하고, 여기서 단차부를 갖는 광학 장치는 용융시 납땜의 높이를 제어하여 기판에 적절하게 장착될 수 있고, 납땜의 체적은 납땜으로 덮혀있는 기판의 영역의 습윤성(wettablity)에 따라 사전에 제어된다.
광학 장치, 장착 기판, 광원, 광학 헤드, 전극, 배선 전극부, 납땜 패턴

Description

광학 장치 장착 방법 및 광학 헤드 장치 {MOUNTING METHOD FOR OPTICAL DEVICE AND OPTICAL HEAD EQUIPMENT}
도1은 기판의 장착 표면 상에 단차부를 갖는 광학 장치를 장착하기 위한 장착 구조를 설명하기 위한 사시도.
도2a는 장착 표면상의 단차부와 기판 상의 기판을 갖는 광학 장치를 장착하기 위해 본 발명에 따른 제1 장착 방법을 설명하기 위한 도면.
도2b는 장착 표면상의 단차부와 기판 상의 기판을 갖는 광학 장치를 장착하기 위해 본 발명에 따른 제1 장착 방법을 설명하기 위한 평면도.
도3a는 제조 단계 순으로 장착 표면상의 단차부와 기판 상의 기판을 갖는 광학 장치를 장착하기 위해 본 발명에 따른 제1 장착 방법을 설명하기 위한 단면도.
도3b는 본 발명의 제1 모드를 도시한 단면도.
도4a는 장착 표면상의 단차부와 기판 상의 기판을 갖는 광학 장치를 장착하기 위해 본 발명에 따른 제2 장착 방법을 설명하기 위한 도면.
도4b는 본 발명의 제2 모드를 도시한 단면도.
도5a는 제조 단계 순으로 장착 표면상의 단차부와 기판 상의 기판을 갖는 광학 장치를 장착하기 위한 본 발명의 제2 장착 방법을 도시한 단면도.
도5b는 본 발명의 제3 모드를 도시한 도면.
도6a는 제조 단계 순으로 국부적으로 납땜을 형성하는 방법의 예를 도시한 단면도.
도6b는 제조 단계 순으로 국부적으로 납땜을 형성하는 방법의 예를 도시한 단면도.
도6c는 제조 단계 순으로 국부적으로 납땜을 형성하는 방법의 예를 도시한 단면도.
도6d는 제조 단계 순으로 국부적으로 납땜을 형성하는 방법의 예를 도시한 단면도.
도7은 기판에 질화갈륨계 합성 반도체 레이저 소자를 장착하는 예를 도시한 단면도.
도8a는 기판의 장착 표면상에 단차부를 갖는 광학 장치를 장착하기 위한 방법의 단점을 설명하기 위한 단면도.
도8b는 기판의 장착 표면상에 단차부를 갖는 광학 장치를 장착하기 위한 방법의 단점을 설명하기 위한 단면도.
도8c는 기판의 장착 표면상에 단차부를 갖는 광학 장치를 장착하기 위한 방법의 단점을 설명하기 위한 단면도.
도9는 본 발명에 따른 집적 광원 모듈을 장착하는 단일 광 경로를 갖는 광학 헤드 장치의 예를 도시하는 개략 설명도.
도10a는 본 발명에 따른 광원의 구조를 설명하기 위한 평면도.
도10b는 도10a의 파단선 A-A'를 따라 취한 반도체 기판의 단면도.
도11은 본 발명에 따른 집적 광원, 위치 설정 인덱스, 납땜 패턴 및 전극의 기판의 예를 도시한 도면.
도12는 반도체 레이저용으로 제공된 위치 설정용 인덱스 패턴의 예를 도시한 도면.
도13은 인덱스를 갖는 반도체 레이저 광원과 인덱스 패턴에 상응하는 집적 기판의 위치 설정 방법을 도시한 도면.
도14는 도10a에서 라인 A-A'을 따라 취한 단면도.
도15는 반도체 레이저 광원으로부터 열 분산을 촉진하기 위해 레이저가 구비된 집적 기판의 예를 도시한 단면도.
도16은 본 발명에 따라 집적 기판 상에 세 종류의 반도체 레이저 광원을 장착하는 예를 도시한 평면도.
도17은 본 발명에 따라 집적 기판 상에 일체형 집적 증폭기의 예를 도시한 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 반도체 기판
2 : 반도체 레이저 부착면
4a, 4b : 반도체 레이저
5 : 반사 미러
6a, 6b : 반도체 레이저로부터의 빔
7 : 광검지기
8 : 광검지기
9 : 광모니터 검지기
10 : 조준 렌즈
11 : 입상 미러
12 : 회절 격자와 파장판의 복합 소자
13 : 대물 렌즈
14 : 광디스크
15, 16 : 광스폿
17 : 액튜에이터
18 : 트랙
22 : 회절 격자
23 : 회절 격자
24 : 4분의 1 파장판
1a, 1b : 미러상의 스폿
32a, 32b : 자동 초점 검출 광스폿
33 : 배선
34 : 전극 패드
35 : 증폭기
45 : 반사막
110, 120 : 광학 장치
121 : 기판
111, 122 : LD의 P전극
112, 123 : LD의 N전극
113 : 기판의 P배선
114 : 기판의 N측 배선
124, 130, 130': 기판의 P측 납땜
125, 129, 129' : 기판의 N측 납땜
126 : 절연막
127 : 기판의 P측 납땜 기초 금속
128 : 기판의 N측 납땜 기초 금속
140 : 저항체
201 : 도통핀
400 : 인덱스마크
401 : 납땜 패턴
402 : 전극 패턴
600 : 적외선
601 : 적외선 카메라
602 : 모니터
603 : 컴퓨터
704 : 반도체 레이저의 발광점
800 : 열전도도가 높은 재료, 또는 응력 완화 재료
810 : 청자색 반도체 레이저
900 : 증폭기를 구비한 OEIC 기판
본 발명은 페이스 다운 본딩(face down bonding)에 의해 기판 상에서 소자의 외형에 단차부를 갖는 광학 장치를 장착하는 방법 및 장착 구조물에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 그 장착 방법에 의해 광학 장치를 장착하는 광 집적 모듈 장치와 이를 사용하는 집적 광학 헤드 디바이스와 같은 광학 장치에 관한 것이다.
410 nm의 파장에서 청색 레이저 광을 진동시킬 수 있는 질화물 반도체 레이저 디바이스는 다음의 구성을 갖는다. 즉, 활성층으로서 InGaN과 클래드층으로서 AlGaN을 포함하는 질화물 반도체 재료는 결정 성장 방법에 의해 질화갈륨(GaN) 상에 결정학적으로 성장된다.
그러한 청색 반도체 레이저가 실질적으로 사용될 때, 약 650 nm의 파장에서 적색 레이저 광을 사용하는 기존의 DVD 장치의 기록 용량은 약 4배로 증가될 것이다. 전술한 점에 비추어, 청색 반도체 레이저의 조기 실용화가 예상된다. 그러나, 큰 직경의 GaN 기판이 이용가능하지 않으므로, GaN과 실질적으로 동일한 격자 상수를 갖는 사파이어(Al2O3) 기판을 사용함으로써 결정 성장이 수행된다. 소자의 외형에 단차부를 갖는 광학 장치의 전형적인 예는 GaN계 반도체 레이저 소자이다. 따라서, 절연체로서 사파이어 상에 형성된 GaN계 반도체 레이저의 P 전극 및 N 전극이 동일면 상에 형성되는 한편, 활성층의 측면 상의 P 전극은 N 전극보다 약 3 ㎛만큼 더 높아진다. 광학 장치의 특성 및 수명을 개선시키기 위한 목적으로, 양호하게는 페이스 다운 본딩에 의해 장착이 수행된다. 그러나, 이 경우에 소자의 외형 상에 단차부를 갖는 표면이 소자 장착 기판에 대향되도록 디바이스를 장착하는 것이 필요하다. 따라서, 기존의 GaN계 반도체 레이저 소자에서와 같이 소자의 외형에 단차부를 갖는 P 전극 및 N 전극을 전기 접속시키기 위해, 종래 기술과는 상이한 장착 방법이 요구된다. 즉, 기존의 대부분의 소자들에서는, P 전극 및 N 전극이 소자의 외형의 후방면과 표면 중 하나 상에 형성될 수 있다. 따라서, 절연 기판 상에 형성된 질화물 반도체 레이저 디바이스에서 어떠한 문제도 발생되지 않았다.
도7은 기판 상에 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 장착하는 한 예를 도시하는 단면도이다. 레이저 다이오드 칩(108)은 질화갈륨계 화합물 반도체 층(102)이 사파이어 기판(101) 상에 적층되는 구성을 갖는다. 레이저 다이오드 칩(108)에서, 결정 라미네이트의 하나의 동일면 상에 양극(104) 및 음극(103)이 형성된다. 여기서, 도7에서 알 수 있는 바와 같이, 광학 장치의 외형은 단차부를 구비하고, 양극(104) 및 음극(103)은 단차부를 형성하는 상이한 레벨의 표면들 상에 형성된다.
한편, 단열 히트 싱크(105)는 이 히트 싱크의 하나의 동일면 상에 금속화되 어 있는 양전극(106) 및 음전극(107)으로 형성된다. 상기 단열 싱크 상의 각각의 전극 및 이에 각각 대응하는 레이저 다이오드 칩(103)의 각각의 전극(103, 104)들은 서로 연결된다. 이러한 연결 방법은 연결이 단열 히트 싱크(105)가 레이저 다이오드 칩(108)의 활성층을 구성하는 결합면을 제외한 석영 생성층 측에서 커버되지 않게 하기 때문에 페이스 다운(face down)에 의한 장착에 관한 것이다.[또는 결합 다운(junction down)에 관한 것이다.] 도면부호 109는 접속용 납땜이다. 이러한 구성은 예로써, 일본 특허 공개 공보 평7-235729호에 개시되어 있다.
본 발명의 주목적은 페이스다운 결합에 의해 바람직하게 장착 기판에 대향된 표면 상의 단차부를 갖는 광학 장치를 장착시키는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명은 광학 장치를 사용하는 광학 헤드 장치의 크기 및 두께를 감소시킬 수 있다. 본 발명의 기술을 상세하게 설명한다.
페이스 다운 결합에 의해 장착이 수행될 때, 다음의 문제점이 발생하게 된다. 도8a 및 도8b는 상기 공정에 따라 페이스 다운 결합에 의한 부품의 장착면 상에 단차부를 갖는 광학 장치(110)를 장착시키는 방법의 일 예를 도시한 횡단면도이다.
도8a는 페이스 다운 결합에 의해 장착되기 전의 상태를 도시한다. 광학 장치의 P-전극(111) 및 N-전극(112)은 장착 기판의 대향면에서 광학 장치 상에 형성되고, P-측 배선(113) 및 N-측 배선(114)은 P-전극(111) 및 N-전극(112)을 각각 대면시키는 위치에서 장착 기판(119) 상에 형성된다. 또한, 접속용 납땜(115, 116) 은 상기 P-측 및 N-측 모두에 대해 동일한 높이로 형성된다.
도8b는 접속이 용융 납땜으로 형성된 상태를 도시한다. 광학 장치(110)가 위치된 후, 약 10g의 하중이 광학 장치(110) 상으로부터 인가되고 이것은 상기 납땜의 용융점과 동일한 온도 또는 그 이상의 온도로 가열된다. 납땜(115, 116)은 용융되고, 상기 용융 납땜은 광학 장치(110)의 P-전극(111) 및 N-전극(112)에 접촉된다. 이후, 용융 납땜과 각각의 전극의 반응에 의해, 장착 기판과의 납땜 연결은 완료된다.
그러나, 도8b에서 알 수 있는 것처럼, 활성층 측의 P-전극(111)은 기판에 대면하는 표면에 대향인 표면으로부터 높은 위치에서 기판 상에 형성된다. (이후에 볼록부로써 약칭한다.) 따라서, 용융 납땜은 상기 볼록부를 통해 로드를 인가시킴으로써 가압된다. 이후, 잉여 납땜은 P-측 배선(113)의 외측으로 유동한다. 이러한 상태는 도8b에서 화살표로 도시한다. 여기에는 납땜(117)은 N-측 배선(114)으로 유동함으로써 P-전극(113)과 N-전극(114) 사이의 회로가 쇼트된다는 문제가 있다. 도8c에는 장착 기판의 P-측 상의 배선(113)과 N-측 상의 배선(114) 사이에 유동하는 납땜을 수용하기 위해 홈(118)을 형성하는 일 예를 도시한다. 그러나, 홈 형성 공정은 부가적으로 제공된다. 더욱이, 기판이 홈 형성 부분에 균열이 발생되는 결함을 갖는다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 하는 것이다.
최근에, 780nm의 파장에서 CD, CD-ROM, CD-R, 및 CD-재기록 사양 및 650nm의 파장에서 DVD, DVD-ROM, DVD-RAM 설명서의 다양한 형태의 광 디스크를 이용할 수 있는 광 디스크 장치가 제공된다. 이러한 장치에 대한 광원에서, 광원 및 광 검출기는 상이한 파장의 모든 반도체 레이저에 대해 분리되어 배치된다. 더욱이, 청색, 자색의 파장에서 단파장 레이저 또는 기록 밀도로 보다 개선된 보다 짧은 파장이 특성물에 이용될 것으로 예상된다. 따라서, 광학 헤드용 부품의 수의 증가는 불가피한 것으로 예상된다. 따라서, 전체 장치의 두께 및 수의 감소와 관련된 결함은 종래 기술에 의해 완전히 해결될 수 없다.
본 발명의 요점은 이하에 기술되어질 것이다. 즉, 제1 전극 및 제2 전극을 갖는 기판, 및 제1 전극 및 제2 전극에 대응하는 제3 전극 및 제4 전극을 갖는 광학 장치가 각각 제조된다. 이러한 광학 장치에서, 제3 전극 및 제4 전극을 장착하기 위한 장치의 표면은 제3 및 제4 전극이 배치된 표면에 마주하는 측면 상의 장치의 표면과는 서로 다른 제1 높이 및 제2 높이를 갖는다. 본 발명은 바람직하게 기판 상에 광학 장치 등을 장착하고자 하는 것이다.
제1 전극 및 제2 전극의 각각은 적어도 납땜 하부 영역을 가지며 그 아래의 도전층과 연결되어 있다. 납땜은 납땜 하부 영역에 직접적으로 장착된다. 그 후, 제조되어질 납땜의 체적은 광학 장치의 각각의 전극에 대한 위치에 따라 용융되기 이전에 제어된다. 실질적인 측정에서, 납땜 하부 영역 대 그 위에 형성된 납땜 층의 영역의 면적 비는 그 비가 모든 전극에 대해 상이하도록 측정된다. 납땜을 배치하는 방식은 이후 상세히 기술되어질 것이다.
기판의 대응 전극 및 서로에 대응하는 광학 장치는 대향하고 있으며 납땜의 용융에 의해 전기적으로 연결된다. 이러한 경우에, 제1 전극 및 제2 전극의 적어도 하나에 대응하는 납땜의 높이 및 면적은 제어되며, 광학 장치의 각각의 전극 및 이에 대응하는 기판의 전극의 각각은 서로 바람직하게 전기 접속되어 있다.
이 경우, 두 가지 경우가 납땜에 의해 접촉하여 덮혀지는 영역의 특성에 따라 고려될 수 있다. 즉, 납땜의 용해에 의해 납땜의 초기 높이보다 더 높게 납땜의 높이를 증가시키는 특성을 갖는 재료와, 납땜의 용해에 의해 납땜의 초기 높이보다 더 낮게 납땜의 높이를 감소시키는 특성을 갖는 재료가 있다. 납땜의 용해에 의해 초기 높이보다 더 높게 납땜의 높이를 증가시키는 특성을 갖는 재료는 소위 저습윤 재료이고, 반면에 납땜의 용해에 의해 납땜의 초기 높이보다 더 낮게 납땜의 높이를 감소시키는 특성을 갖는 재료는 납땜에 대해 소위 고습윤 재료로 불려진다.
납땜에 의해 접촉하여 덮혀지는 영역에서 기판의 표면이 용해에 의해 초기 높이보다 더 높은 납땜의 높이를 증가시키는 특성을 갖는 재료로 형성되는 경우에, 전극이 배치된 표면에 대향하는 광학 장치의 표면으로부터 더 낮은 높이에 배치된 전극에 대응하는 땝납의 면적은, 제3 및 제4 전극이 각각 형성된 제1 높이 및 제2 높이를 위해, 해당 납땜 하부의 납땜 기초 영역의 면적보다 크게 만들어진다. 요약하면, 기판의 전극 사이의 광학 장치의 대향 표면과 기판 상이의 더 큰 거리의 부분에 대응하는 전극의 납땜 기초 영역에 대해 상술된 특성을 갖는 표면을 사용하는 것이 바람직하다. 그런 후, 납땜의 높이가 다른 전극에 대해 크게 변화되지 않는 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 납땜 기초 영역을 위한 면적과 준비된 납땜의 면적 사이의 면적이 실질적으로 동일한 것이 실용적이다.
한편, 납땜에 의해 접촉하여 덮혀지는 영역 내의 기판의 표면이 용융에 의해 초기 높이보다 더 낮게 납땜의 높이를 감소시키는 특성을 갖는 재료로 형성되는 경우에, 각각의 제3 전극 및 제4 전극이 형성되는 제1 높이 및 제2 높이에 비해, 전극이 배치되는 표면에 대향 광학 장치의 표면보다 높은 위치에 배치되는 전극에 대응하는 납땜의 면적은 납땜 하부의 납땜 기초 영역의 면적보다 작게 만들어진다. 요약하면, 기판의 전극 간의 광학 표면의 대향 표면과 기판 사이의 더 작은 영역의 부분에 대응하는 전극의 납땜 기초 영역을 위해 전술된 특성을 갖는 표면을 사용하는 것이 바람직하다. 그런 후, 납땜의 높이는 다른 전극에 비해 크게 변화되지 않은 것이 바람직하다. 이 목적을 위해, 납땜 기초 영역을 위한 면적과 준비될 납땜을 위한 면적 사이의 면적이 실질적으로 동일한 것이 실용적이다.
본 발명의 개념의 요점은 상술한 바와 같고, 납땜 및 각각의 전극을 제공하는 방법의 상세한 설명은 구체적으로 설명된다. 이하의 설명에서는, 도2 내지 도5가 참조되고, 도면에서 인용된 참조 부호는 본 발명을 쉽게 이해하기 위한 목적이며 단지 예시적으로 인용된다. 본 발명에서 상술한 구체적인 예들 외에 다른 다양한 실시예들을 채택할 수 있음은 명백하다.
반도체 요소(120)를 장착하기 위해 기판(121)의 표면 상에 형성된 제1 전극과 제2 전극의 납땜 기초 영역(127, 128)을 위한 영역은 각각 aS1, aS2로 정의된다. 제1 전극과 제2 전극을 위한 납땜 기초 영역 상에 배치된 납땜(124, 125)의 부피는 각각 v1, v2로 정의된다. 본 발명에서 v1과 v2는 같지 않다.
또한, 기판 상에 페이스다운(face down) 결합에 의해 장착되는 반도체 요소는 이하의 단면을 갖는 외형을 갖는다. 제3 전극(122)은 반도체 요소의 한 표면(140)으로부터 높이 ah1인 표면 상에 형성되고, 제2 전극(132)은 표면(140)으로부터 높이 ah2인 표면 상에 형성되고, 여기서 ah1은 ah2보다 크다.
제1 전극(127)은 제3 전극(122)과 연결되고, 제2 전극(128)은 제4 전극(123)과 연결된다. 실질적으로, 서로 연결되는 쌍의 전극을 위한 면적은 동일한 면적을 갖는다. 즉, aS1≒aS2 및 aS3인 관계가 성립한다. 물론, 상기 면적들은 서로 다르게 될 수도 있다.
본 발명의 장착 방법에 따르면, 반도체 요소(1)가 기판 상에 면 장착될 때, ah2, ah2, aS1, aS2, v1 및 v2의 각각의 값들은 반도체 요소의 각각의 대향 면의 높이가 기판의 각각의 전극 표면에 대해 사실상 일정한 값(H)을 갖도록 정의된다. 상술한 6개의 값들 중에서, 적어도 2개의 값들은 미리 정해지고, 나머지 각각의 값들은 그에 따라서 정해진다. 즉, 각각의 값은 일정한 높이(H)가 ah1+v1/aS1 또는 ah2+v2/aS2에 비례하는 높이를 구성하도록 정해진다. 각각의 값을 결정함에 있어서, 납땜과 접촉하고 덮여지는 영역의 표면의 성질이 물론 고려된다. 납땜 기초 영역의 면적은 이하의 설명에서 aS1, aS2로 표시되고, 도4 및 도5에서는 마련되는 납땜의 부피가 다르므로 aS'1 및 aS'2로 표시된다. 그러나, 일반적인 설명에서, 납땜 기초 영역의 이러한 면적은 일반적으로 aS1, aS2로 표시된다.
기판의 납땜 기초 영역은 대부분의 경우 3개의 층을 갖는 다층 필름을 포함한다. 바람직하게는, 제1 층은 티타늄(Ti) 또는 크롬(Cr)으로 형성되고, 제2 층은 몰리브덴(Mo) 및 텅스텐(W)으로 형성되고, 제3층(최상층)은 금(Au) 및 은(Ag)으로 형성된다. 일반적인 예에서, 납땜은 금 또는 주석을 포함한다. 20 내지 30 중량 퍼센트의 주석과 나머지의 금을 포함하는 납땜의 조성이 주로 사용된다.
기판용으로는 실리콘이 일반적으로 사용된다. 기판의 표면 상의 납땜에 대해 적은 습윤성을 갖는 재료의 일반적인 예는 실리콘 상화 필름 또는 실리콘 질화 필름과 같은 무기 재료, 또는 폴리이미드와 같은 유기 재료이다. 또한, 크롬(Cr), 백금(Pt) 또는 몰리브덴(Mo)과 같은 습윤성이 적은 재료가 사용될 수도 있다.
이 명세서에서 상술된 실시예는 한 세트의 전극의 단면도를 참조하여 설명되지만 본 발명은 예를 들어, 납땜에 연결된 전극의 복수개의 영역에 있는 경우에 당연히 실행될 수 있다. 예를 들어, 도1의 예에서 납땜에 연결된 N-전극(123)의 일부분은 P-전극(124)이 한 영역의 전극을 포함하는 동안, 세 개의 분리된 부분을 포함한다. 게다가, 세 개의 분리된 부분 각각은 더욱 상이한 다수의 분리전 영역을 가질 수 있거나, 전극은 한 영역에서 복수의 분리된 영역으로 구성될 수 있다. 이러한 실시예가 실행되도록 제품의 필요에 따라 선택된다.
본 발명에 따른 광학 헤드 장치는 정보를 쓰고 읽는 것 중에 적어도 하나를 도전하도록 광을 가지는 디스크 기판과 산출광에 대해 광원을 구동하기 위한 구동 회로를 방사하기 위한 광원을 갖고 지금까지 설명된 장착 방법을 적용하여 광원으로 광학 장치를 이용한다. 본 발명에 따른 장착 방법으로 장착 기판에 복수개의 전극과 전기적으로 결합된 복수개의 전극이 대향되고 상이한 레벨의 위치, 상이한 형태의 복수개의 광학 장치, 예를 들어, 반도체 레이저, 광 수용 장치, 또는 반도체 장치, 예를 들어, 통합에 의해 형성될 수 있는 구동 회로 또는 증폭기에서 형성된 반도체 레이저 장치에 또한 알맞게 장착될 수 있다. 상이한 형태의 장치는 상이한 기판면에 대해 장착 기판상에 장착된 전극의 레벨을 가지는 전극을 갖는 것을 의미한다. 따라서, 전극이 실질적으로 동일한 평면 상에 배치된 요소와는 상이한 장착 방법이 이용되도록 요구된다.
이러한 경우에, 광학 헤드 장치의 광원부는 복수의 반도체 레이저 장치, 자동 초점 검출용 광학 검출기 및 트랙킹 검출용 광학 검출기, 상술된 검출기 모두로부터 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 선택적으로는 반도체 장치등의 구성요소가 요구되어 장착될 수 있다. 게다가, 소정의 요소는 기판으로 반도체 기판을 이용하는 경우에 집적되어 통합될 수 있음이 명백할 것이다.
그러므로 얻어진 광원부는 광학 광원을 지나는 디스크 기판에 대해 광원으로부터 광학 경로가 가능하고, 빔 스플리터 및 대물 렌즈는 광학 헤드 장치에서 하나의 구조로 구성된다. 다른 실제 구조예는 본 발명의 실시예의 칼럼에서 이하에 설명될 것이다.
도1은 본 발명에 따른 장착 구조물의 실시예를 도시한 사시도이다. 광학 장치(120)는 광 요소 장착 기판(121)에 대향해 있다. 광학 장치(120)는 광 요소 장착을 위한 기판(121)에 대향한 평면에 단차부를 갖고 있다. 광학 장치의 P 전극(122) 및 N 전극(123)은 각각 제1 레벨의 표면 및 제2 레벨의 표면에 배치되고, 단차부를 형성한다. 예를 들어, 광학 장치의 전형적 예는 청색 반도체 레이저(청색 레이저 다이오드: 이하 청색 LD로 언급함)이다. 일반적으로, 디바이스를 제조하는 방법의 제안의 관점에서, 청색 LD는 N전극이 빛을 방사하는 능동 레 이저를 갖는 P전극과 비교해서 대략 3 마이크로미터(㎛)만큼 낮은 위치에 형성된다.
도1은 상기 디바이스의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 목적으로 하향 대면 본딩에 의해 청색 LD(120)을 장착하는 경우의 장착 구조물을 도시한다. P전극(122)이 장착되는 표면은 N전극(123)이 장착되는 표면보다 디바이스의 다른 표면으로부터 더 큰 거리를 갖는다. P전극(122)에 상응하는 장착 기판(121) 상에 납땜(124)의 두께는 3 마이크로미터(㎛)이고, N전극의 측면 상의 납땜(125)의 두께는 6 마이크로미터(㎛)이다. 따라서, 청색 LD의 P전극(122)과 N전극(123) 사이의 3 마이크로미터(㎛)의 단차부는 납땜 두께의 차이만큼 수용될 수 있고, 기판은 바람직하게 전기적으로 접속되어 고정될 수 있다.
도2 및 도3은 본 발명에 따라 LD의 하향 대면 장착하는 제1 방법을 상세히 설명하기 위한 도면이다. 도2A는 LD를 장착하기 전에 기판 및 광학 장치의 단면도이다. 도2B는 기판의 상부 평면도이다. 도3A 및 도3B는 단차부를 제조하는 순서로 도2에 도시된 상태를 후속하는 단면도이다.
청색 LD(120)를 장착하기 위한 요소 장치 기판(121)은 실리콘(Si)으로 구성되고 납땜에 낮은 습윤성을 갖는 실리콘 산화 필름(126)은 기판(121)의 표면 상에 형성된다. 실리콘 산화 필름(126)은 또한 절연 보호 필름으로 작용한다. 더욱이, P측면에 대한 납땜 기초 패턴(127) 및 N측면에 대한 납땜 기초 패턴(128)은 각각 청색 LD(120)의 P전극(122) 및 N전극(123)에 대향한 위치에 형성된다. 도면에서, 참조번호 131은 광학 장치의 활성 영역을 나타내고 참조번호 129 및 130은 각각의 전극들에 대한 도선 단부를 나타내고, 납땜 아래놓인 영역들과 연결된다. 부수적으로, 그것의 연결부는 상부 평면도에 도시되지 않는다.
기판 상에 장착된 납땜은 이하에 기술된 바와 같이 마련된다. 도2b에 도시된 바와 같이, P측의 납땜 기초 금속 패턴(127)의 면적(aS1) 및 납땜 패턴(124)의 면적(SS1)은 실질적으로 동일하게 제조된다. 그 두께(t1)는 3 ㎛이다. 한편, N-전극측 상에서, 납땜 패턴(125)은 N측 납땜 기초 금속(128)의 면적(aS2)의 2배의 면적(SS2)에 형성된다. 그 두께(t2)는 3 ㎛ 이다.
그 후에, 도3a에 도시된 바와 같이, 가열에 의해 납땜이 용융될 때, P 전극측 상의 납땜(124)이 기초 금속 패턴(127)과 동일한 면적을 가지기 때문에, 용융 납땜의 높이는 실질적으로 초기 납땜 높이(h1)와 동일하다. 한편, N 전극측 상에서, 납땜 패턴(125)의 면적이 장착 기판에 대향된 광학 장치의 표면보다 낮은 위치에서 전극에 대향된 기판(121) 상의 N측 기초 금속 패턴(128)의 면적보다 크기 때문에, 높이는 납땜의 초기 높이보다 높이(h2)까지 증가한다. 납땜 보다 낮은 습윤성을 가지는 재료로 제조된 산화 실리콘 필름(SiO2)(126) 상의 용융 납땜(125)이 산화 실리콘 필름(126)의 표면으로부터 탈착되고 표면인장에 기인하는 양호한 습윤성의 전극 상으로 모이기 때문에, (h2)는 납땜의 초기 높이보다 높다. 따라서, 도3b에 도시된 바와 같이, 납땜 연결이 수행되고 또한 양호하게는 장착 기판에 대향된 광학 장치의 단차부 표면보다 낮은 위치에서 전극을 포함한다.
도4 및 도5는 본 발명에 따른 제2 하향 장착 방법을 도시한다. 도4a는 LD( 레이저 장치: 이하의 명세서에서 간단히 LD로 기술됨)를 장착하기 전의 각 부품들의 단면도이다. 이 LD에서, LD(120)의 P 전극(122)은 결정 성장 기판의 일 표면(140)에서 보았을 때보다 높은 영역을 형성하고, 반면에 N 전극(123)은 더 낮은 영역을 형성한다. LD(120)를 장착한 기판은 실리콘(Si)(121)으로 제조되고, P측의 납땜 기초 패턴(127) 및 N측의 납땜 기초 패턴(128)은 LD(120)의 P 전극(122) 및 N 전극(123)에 대향된 위치에 형성된다. 도2의 것과 동일한 부분은 동일한 도면 부호를 참조한다.
납땜을 형성하는 방법이 이하에 기술된다. 도4b의 평면도에 도시된 바와 같이, 납땜용 납땜 기초 금속 패턴(128)의 면적(aS'2)과 동일한 면적(면적(aS'2)으로 지시됨)의 납땜 패턴(125')이 형성된다. 그 두께(t'2)는 6 ㎛이다. 한편, P 측의 납땜 기초 금속 패턴(127)의 면적(S'1)의 1과 1/2의 면적(S'S1)의 납땜 패턴(124')이 6 ㎛의 두께(t'1)로 형성된다.
다음으로, 납땜(124', 125')이 가열에 의해 용융될 때, N 전극측 상의 납땜(125')이 기초 금속 패턴의 면적과 동일한 면적을 가지기 때문에, 용융 납땜의 높이는 초기 납땜 높이(h'2)와 실질적으로 동일하다. 한편, P 전극측 상에서, 납땜 패턴(124')의 면적이 광학 장치의 표면 상의 단차부 볼록부에 대향된 기판 상의 기초 금속 패턴(127)의 면적 보다 작기 때문에, 납땜의 높이는 초기 단계(h'1)(도5a)의 높이 보다 낮게 된다. 이것은 금(Au) 금속 상의 납땜 보다 높은 습윤성을 가지는 재료인 금 금속 상의 용융 납땜의 가습 및 확장에 의해 달성된다. 따라서, 도5b에 도시된 바와 같이, 납땜은 광학 장치의 단차부를 포함하여 연 결되고 장착되는 것이 바람직하다.
그 후, 납땜층을 국부적으로 형성하는 예가 도시된다. 도6a 내지 도6d는 패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
SiO2 절연막(126a)은 열 산화 방법에 의해 실리콘(Si) 기판(121)의 표면에 약 200 Å의 두께로 증착된다. 그 후, P측 배선층 및 N측 배선층이 보통의 광 에칭 기술 및 증기 증착 방법을 사용하여 장착되는 반도체 레이저 칩의 P 전극 및 N 전극에 대향하는 위치에서 SiO2 절연막(126a) 상에 형성된다. 각각의 배선층은 예를 들면 Ti 층(1000 Å 두께), Pt 층(1000 내지 2000 Å 두께) 및 Au 층(약 5000 Å 두께)을 포함하는 적층막이다.
또한, 실리콘 산화막(126)은 플라즈마 CVD 공정에 의해 형성된다. 그 후, 실리콘 산화막(126)의 소정의 부분의 실리콘 산화막은 선택적으로 제거된다. 납땜 기초 패턴을 위한 금속층(127, 128)은 제거 후 개구를 커버하며 형성된다. 금속층은 예를 들면 Ti 층(1000 Å 두께), Pt 층(1000 Å 내지 2000 Å 두께) 및 Au 층(약 2000 Å 두께)을 포함하는 적층막으로 제조된다. 이 상태는 도6a에 도시된다.
저항막(140)은 이렇게 준비된 기판 상에 형성된다. 그 후, P측 납땜 기초 금속 패턴(127)의 영역과 동일한 영역의 창(141)이 보통의 포토레지스트 기술을 사용하여 저항막(140)에 배치된다. 한편, N측 납땜 기초 금속 패턴(128)의 영역의 두 배의 영역의 창(142)이 N 전극의 측면에 형성된다(도6b).
저항막을 증착하는 상태에서, AuSn 납땜층(143)은 표면상에 약 3 ㎛의 두께 로 증착된다.
그 후, 표본이 저항에서 용해될 수 있는 유기 용매(예를 들면, 아세톤)에 침지되고, 초음속 진동이 저항막을 용해시키기 위해서 용매에 가해지고 납땜층(144, 145)을 선택적으로 형성한다. 동시에, 저항막 상의 금속막은 자연스럽게 제거된다. 이 방법은 "리프트 오프(lift-off) 방법"으로 언급된다.
단지 하나의 요소가 도면에 도시되지만, 보통은 복수의 요소가 대량 생산에서 하나의 Si 웨이퍼에 형성된다. 따라서, Si 기판은 광학 소자 장착 배선 기판(121)을 제조하기 위해 패터닝의 피치에 따라 다이싱 톱(dicing saw)을 사용하여 최종적으로 절단된다.
금속을 증착하는 방법에 대해, 증기 진공 증착 방법을 사용하는 예에 대해 설명되었으나, 스퍼터링 방법, 이온 도금 방법 및 도금 방법이 또한 적용 가능하다. 또한, 금속층을 선택적으로 형성하는 방법에 대해, 포토레지스트 기술을 이용하는 에칭 방법, 리프트 오프 방법, 선택적 도금 방법, 및 금속 마스크를 이용함에 의한 선택적 증기 증착 방법이 사용될 수 있다.
상기의 설명에서, 납땜 기초 층을 위한 금속 패턴(127, 128)을 구성하는 제1 금속층이 Si 기판(121) 상에 증착된 SiO2 절연층(126)과의 점착을 향상시키기 위해 사용된다. 따라서, 상기의 층을 위해 Ti 뿐만 아니라 Cr 등도 사용될 수 있다.
납땜 기초층으로써 금속 패턴(127, 128)을 구성하는 제2 금속층은 제3 금층 및 제1 티타늄층 사이의 내부 발산을 방지하는 발산 차단층으로서의 기능을 한다. 따라서, 예컨대 크롬, 몰리브덴 또는 텅스텐과 같은 백금 이외의 다른 재료가 그러한 층을 위해 사용될 수 있다. 납땜 기재층으로써 금속 패턴(127, 128)을 구성하는 제3 금속층은 차단층 상부면의 산화를 방지하고 납땜의 습윤도를 강화하는 역할을 한다. 따라서, 금 등의 다른 재료가 그러한 층을 위해 금에 부가되어 사용될 수도 있다.
또한, 납땜의 습윤도가 낮은 재료로서, 실리콘 니트라이드 필름과 같은 무기 재료 또는 폴리이미드와 같은 유기 재료가 기판(121) 상의 표면을 위한 실리콘 산화 필름에 부가하여 사용될 수도 있다. 또한, 납땜의 습윤도가 낮은 재료로서, 크롬, 백금 및 몰리브덴과 같은 금속이 사용될 수도 있다.
본 실시예의 납땜은 금과 주석을 포함하지만, 다른 납땜도 사용될 수 있다. 다른 납땜의 예시는 납-주석, 인듐 및 주석-백금을 포함할 수 있다.
그 후에, 본 발명에 따른 광학 장치 적용의 구체적인 예시가 도시된다. 이는 광학 헤드의 일 예시이고, 도9는 광학 헤드의 구성을 도시하는 설명적인 개략 블록 선도이다.
광학 헤드 광원의 구성에 있어서, 반도체 레이저부, 반사 미러(5) 및 광검지기(7, 8, 9)를 갖는 단일 모듈(100)이 준비된다. 반도체 레이저부는 청색 반도체 레이저 칩(4a)과 적색 반도체 레이저 칩(4b)이 반도체 기판(1) 상에 장착된 구조를 갖는다. 도면에서, 도면 부호 2는 레이저 칩의 부착 표면을 나타낸다. 청색 반도체 레이저 칩(4a)은 지금까지 설명된 외형을 갖는다. 즉, 이는 기판 상에 장착하기 위한 표면 상에 P 전극 및 N 전극 모두를 갖고 두 개의 전극 모두가 수정 성장 기판 상에 각각 두 개의 레벨에서의 표면으로 형성된다. 반면에, 적색 반도체 레이저 칩(4b)은 전극들이 표면과 칩의 후방 대면부로부터 제거되는 구조를 갖는다. 청색 반도체 레이저 칩(4a)이 기판(1) 상에 장착될 때, 본 발명에 따른 장착 방법이 적용된다. 그의 구체적인 구조는 지금까지 설명된 어떠한 실시예에도 적용될 수 있다. 따라서, 장착 방법의 상세한 설명은 하지 않는다.
단일 모듈(100)로부터 방사된 청색 및 적색 레이저 광은 각각 콜리메이터 렌즈(10)를 통해 평행한 광으로 배열된 비임(6a, 6d)을 형성한다. 그 후에, 비임들이 상향 미러(11), 발산 격자판(12)을 통과하여 대물 렌즈(13)에 도달한다. 레이저 광은 대물 렌즈(13)에 의해 스폿(15)으로 광 디스크(14)의 표면 상에 적용된다. 반도체 레이저 파장, 다수의 부재를 포함하는 대물 렌즈(13)에 또는 단일 부재에 의해, 여러 개의 파장의 광을 수집할 수 있다. 렌즈는 광 디스크의 회전에 따른 이동에 따라 액츄에이터(17)에 의해 기록 표면 상에 집중되고, 트랙킹, 즉 디스크의 표면 상에서 기록 트랙(18)을 따르는 것을 수행한다. 따라서, 구동 상태, 즉 반도체 레이저의 온-오프 상태 또는 이미 기록된 피트에 사용된 신호에 따라 광 디스크 상에 피트의 열로서 기록된다.
상술된 바와 같이, 복수개의 반도체 레이저가 집적 모듈(100) 내에 집적될 때, 분광기 렌즈(10), 대물 렌즈(13) 및 상향 거울(11) 등은 광학 헤드의 광 경로를 단일 구조로 하는 일편으로 정렬된다.
즉, 다음의 광학 장치는 이 광학 헤드를 사용하여 실현될 수 있다. 예는 예컨대, (1) 650nm의 파장에서 반도체 레이저(4b)에 의해 두께가 1.2mm인 DVD를 기록 및 재생할 수 있는 것들과, (2) 410nm의 파장에서 반도체 레이저(4a)에 의해 두께가 0.6mm인 DVD-RAM 수퍼 DVD를 기록 및 재생할 수 있는 것들을 포함한다.
상술된 바와 같이, 본 발명은 다양한 유형의 광 디스크를 기록 및 재생할 수 있는 전체 드라이버 장치의 크기와 두께를 감소시킬 수 있는 하나의 해결책이다. 상이한 파장을 갖는 다양한 유형의 반도체 레이저와 이러한 상이한 파장에 상응하는 광 검지기는 마스크 정밀도의 순서로 위치 설정되고 복수개의 반도체 레이저는 모놀리식 집적 회로의 것과 비교하여 구성 요소의 수를 감소시키기 위해 혼합되고 집적된다. 그 후, 현재 광학 헤드 내의 복수개의 광 경로가 단일 광 경로로 감소될 수 있다.
이제, DVD 집적 회로의 구성의 예가 설명될 것이다. 도10a는 시준 렌즈(10; collimate lens)의 측면으로부터 도시된 것으로써 반도체 기판(1)의 표면을 명확하게 도시한다. 참조 번호(32b)에 의해 도시된 여덟 개의 부드러운 사분면이 회절 격자(12)에 의해 분리된 λb의 파장에서의 레이저 비임에 상응된 반면에, 참조 번호 32a에 의해 도시된 여덟 개의 단단한 사분면은 회절 격자(32b)에 의해 분리된 λa의 파장에서의 레이저 비임을 각각 나타낸다. 초점 일탈 검출 신호(out-of-focus detection signal)를 얻기 위한 광 검지기 요소는 참조 번호 17로 나타내어진다. 영역(7)은 λa의 파장인 레이저 비임(32a)을 수용하기 위한 여덟 개의 직사각형 광 검지기 요소(7a)와 λb의 파장인 레이저 비임((32b)을 수용하기 위한 여덟 개의 직사각형 광 검지기 요소(7b)를 포함한다. 초점 일탈 검출 방법은 사분면 비임에 의한 포컬츠 방법(Foucault's method) 또는 나이프 에지 방법(knife edge method)을 사용하며, 그들이 도10A에 도시된 바와 같이 도전성 박막(33)에 의해 배선될 때, 차동의 신호는 와이어 접착 패드(34)의 단자(A)와 단자(B)로부터 얻어 질 수 있다. 도전성 박막(33)은 예를 들어, Ti/Pt/Au 적층 또는 Al을 포함한다.
참조 번호 8은 트랙 편차 검출 신호와 재생 신호 정보를 얻기 위한 광 검지기 요소를 나타낸다. 광 검지기 요소에서, 네 개의 광 검지기 요소로부터의 출력 신호는 반도체 기판 상에 형성된 증폭기(35)를 통과하는 것이 허용되어, 패드(34)의 단자(D), 단자(E), 단자(F) 및 단자(G)로부터 출력된다. 지점(31a, 31b)은 반도체 거울(5)의 표면상의 반도체 레이저 칩(4a, 4b)으로부터 방사된 레이저 비임(6a, 6b)의 반사 위치를 도시한다. 지점(31a, 31b) 사이의 거리인 반도체 레이저 칩(4a, 4b) 사이의 방사 지점 거리(D)가 D≒fc ×(λb -λa)/P로 한정될 때, 파장 λa의 레이저 비임에 대한 광 채집 위치와 파장 λb의 레이저 비임에 대한 광 채집 위치는 서로에 대해 대체로 일치하도록 허용된다. 이 방식에서, 광 검지기 요소와 증폭기는 반도체 기판(1)의 표면을 유용하게 사용할 수 있는 다른 파장의 빔에 대해 일반적으로 사용될 수 있으며, 추가적으로 와이어 접착 패드와 출력 와이어의 수가 감소될 수 있다. 따라서, 그것은 반도체 기판(1)을 포함하는 패키지의 크기의 감소시키는 결과를 갖는다.
도10b는 도10a의 점선 A-A'을 따라 취한 반도체 기판(1)의 단면 구조를 도시한다. 반도체 미러(5)는 레이저 클립 부착면(2)에 대해 45도 각으로 양호하게 형성된다. 이 제작은 소위 이방성 에칭으로 충분히 얻어진다. 이방성 에칭은, 예를 들면 실리콘의 (100)면이 수성인 수산화칼륨 수용액으로 에칭될 때, (111)면에 대 한 에칭 속도가 (100)면에 대해 약 2자리수만큼 느리기 때문에 경사면으로의 평평한 (111)면을 갖는 피라미드형 절두체의 오목부가 형성되는, 실리콘 기판에 대한 미러면의 가공에 있어서의 현상을 이용한다. 이 경우에, 실리콘 결정의 (100)면에 대한 (111)면의 각은 약 54.7도이다. 따라서, 반도체 거울을 45도로 형성하기 위해, 표면에 대해 결정축이 경사진 채로 약 9.7도의 오프각에서 실리콘 기판을 이용할 필요가 있다. 그러나, 오프각은 광학 검출 소자나 전자 회로를 형성하기 위한 반도체 공정의 적합성을 고려하여 또한 결정될 필요가 있으며, 반도체 거울(5)은 때때로 45도로 오프셋되고 레이저 빔(6a, 6b)의 출사 방향은 때때로 반도체 기판(1)의 수직 방향에서 오프셋될 수 있다.
다음에, 복수의 반도체 레이저를 실리콘 전도체 기판 상에 높은 정밀도로 장착하는 방법이 설명된다. 도11 내지 도13은 집적 기판에 광학 소자를 정렬하는 모드를 설명하기 위한 도면이다.
제1 예에서, 광학 검출기로 형성된 실리콘 기판과 반도체 레이저 둘 모두에 위치 설정 인덱스 마크를 부착하고, 가시광선 또는 적외선광 조사를 수행하고, 컴퓨터에 입력하는 CCD와 같은 광전변환면 상에 이들의 화상의 초점을 맞추고, 각각의 마크에 대한 무게 중심을 계산하여, 위치 설정이 실행된다. 무게 중심의 계산을 위해, 위치 설정의 정밀성은 미크론 이하의 단위로 얻어질 수 있다. 또한, 복수의 반도체와 단일 구조식 집적 실리콘은 인덱스 마크에 의해 높은 위치 설정의 정밀성으로 혼성 및 집적될 수 있다.
도11은 인덱스 패턴(400)이 실리콘 기판(1)에 부착된 상태를 도시한 평면도 이다. 도면 부호 401은 반도체 레이저가 납땜 접합되는 납땜 패턴을 표시한다. 납땜 패턴(401)는 전극 패턴(402)과 연결되어 형성된다. 한편, 도12는 대응하는 반도체 레이저(4a, 4b)의 이면에 형성된 납땜 패턴(501)과 위치 설정 인덱스 패턴(502)을 도시한다.
도13은 기판(102) 상에 인덱스 패턴(400)과 반도체 레이저(4a, 4b)의 후방면 상에 인덱스 패턴(502)을 위치시키는 방법을 설명한다. 상기 방법의 개요가 이하에 설명된다. 즉, 기판(1) 및 반도체 레이저(4a, 4b)는 적외선(600)과 접하는 후방면 또는 표면으로부터 조사되고, 반사광 또는 투과광이 적외선 카메라(601)에 의해 수용되고, 거기에 부착된 인덱스 패턴이 영상 모니터(602) 상에 확대 투영된다. 그리고, 인덱스 패턴(400, 502) 각각에 대한 중심 위치가 컴퓨터(603) 및 기판(1)에 의해 계산되고, 반도체 레이저는 2개의 중심의 위치 변위가 0으로 감소될 때까지 천천히 이동한다. 위치 설정이 완료되면, 택트(tact) 접합이 인가되고 재유동로(reflow furnace) 내에서 납땜 접합을 완료하도록 처리된다.
광검지기로 형성된 실리콘 기판 상에 반사 미러를 형성하는 모드는 매우 실용적이다. 즉, 미러 상에 반도체 레이저로부터의 비임을 반사시키고 실리콘 기판의 표면에 대해 사실상 정상 각도로 빔을 편향시키기 위해, 실리콘의 비등방성 에칭에 의해 약 45°의 각도로 반사 미러를 형성하고 약 9.7°로 편향된 기판(off substrate)을 제공하는 것을 포함한다.
도14 및 도15는 집적 기판의 열 확산 또는 응력 완화를 위해 기판을 추가하는 예를 도시하고 있다. 도14는 미러를 가지는 기판(1) 상에 반도체 레이저(4a, 4b)를 장착하는 납땜의 경우의 단면도이다. 이는 도10a의 선 A-A'를 따라 취한 단면도이다. 이 예에서, 미러(5)는 예컨대 실리콘 기판과 일체형으로 형성된다. 전극(700) 및 위치 설정 인덱스 패턴(502)은 반도체 레이저의 후방면에 형성되며 전극(701) 및 납땜(702)으로 형성된 기판(1) 상에 납땜된다. 반도체 레이저 및 기판의 위치 설정이 인덱스 패턴(502, 503) 사이에서 실시된다. 반도체 레이저(4a, 4b)로부터의 비임은 발광점(704)으로부터 발광되어, 미러(5)에서 반사된 후 비임 스플리터, 대물 렌즈 및 광학 디스크에 도달한다. 기부(750)가 기판(102) 상에 형성되어 발광점(704)으로부터의 비임이 기판의 바닥부에서 간섭받지 않는다.
더욱이, 위치 설정 인덱스마크 및 경사 미러에 부착된 실리콘 기판 위에 반도체 레이저를 납땜하도록 반도체 레이저로부터 발생한 열을 광범위하게 확산시키기 위해 광검지기로 형성된 실리콘 기판 상에 광검지기로부터 발생된 광전류를 전기적으로 증폭시키기 위한 증폭기를 모놀리드식으로 형성하고 반도체 레이저와 실리콘 기판 사이에 열전도도가 높은 재료를 개재시키는 것이 유용하다.
또한, 광검지기로 형성된 실리콘 기판의 광검지기에 의해 발생된 광전류를 전기적으로 증폭시키기 위한 증폭기를 단일 결정으로 형성하는데 실질적으로 유용하고 경사 미러와 위치 인덱스 마크가 부착된 실리콘 기판 상에 반도체 레이저를 납땜하는데 있어서 그들 사이의 열팽창 계수의 차이에 의한 응력을 회복하기 위하여 응력 회복 효과를 갖는 재료를 실리콘 기판과 반도체 레이저 사이에 개입시키는데 유용하다.
도15는 열손실을 개선하기 위하여 반도체 레이저 바로 아래에 층을 이루는 방식으로 열전도도가 높은 재료(800)를 개입시키는 예이다. 이것은 더 큰 영역을 통하여 열을 전도하도록 그 바로 아래에 반도체 레이저의 활성층으로부터 발생된 열을 없앰으로써 열싱크에서 멀수록 열저항을 낮게 한다. 또한, 도면에서 도시된 층(800)은 반도체 레이저와 반도체 기판 사이의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생된 응력을 해소하는 기능을 제공할 수 있다.
도16은 예를 들어, 청색, 적색 및 적외선의 다중 파장 모듈 삼색 반도체 레이저가 배열된 방식으로 장착되어 있는 예를 도시한 평면도이다. 기본 구조가 도9와 동일하기 때문에, 반도체 레이저에 대한 부분만 설명한다. 이러한 반도체 레이저는 도면의 오른편에서 볼 때 파장이 약 410 nm인 청자색 반도체 레이저(810), 파장이 약 650 nm인 적색 레이저 및 파장이 약 780 nm인 적외선 레이저(307)이다. 그들에 각기 대응하는 광검지기(304, 303 및 811)는 트랙킹을 위해 세 세트로 각기 형성된다. 그러므로, 이 예는 하나의 세트가 공통으로 신호를 재생하고 트랙킹하기 위해 사용되는 경우를 도시한다. 세 종류의 파장은 표준화가 현재 진행중인 슈퍼 DVD, DVD 및 CD 에 대한 광디스크를 기록 재생에 대응한다.
또한 광검지기로 형성된 실리콘 기판 상에 광검지기로부터 발생된 광전류를 전기적으로 증폭시키기 위한 증폭기를 단일 결정으로 형성하고 경사 미러 및 위치 인덱스 마크를 연합하는 모드가 실제 사용된다.
도17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체화된 모듈의 평면도이다. 이는 하나의 동일한 기판에 광수용 요소 및 증폭기를 단일 결정으로 일체화시킨 예이다. 즉, 광검지기(32a, 32b)로부터 광전류를 증폭시키기 위한 증폭기(900)는 실리콘 또 는 질화갈륨(GaN) 기판(102) 상에 단일 결정으로 형성된다. 그러므로, 일체화 정도는 요소의 수의 감소로 인해 개선될 수 있다. 이러한 실시예와 같이, 다른 OEIC(Optoelectric Integrated Circuit)가 또한 광학적으로 장착될 수 있음은 명백하다.
본 발명에 따르면, 질화갈륨 계열의 혼합 반도체를 포함하고 부착면에 계단부를 갖는 청 LD 칩의 하향 장착을 실현할 수 있다. 따라서, 청 LD를 포함하는 다중 파장의 광원을 갖는 다중 파장 일체 모듈에 의해 슈퍼 DVD, DVD 및 CD에 기록 및 재생 사용을 위한 광디스크 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 장착 방법은 부착면 상에 배치된 계단부를 갖는 광디바이스가 원하는 장착 기판 상에 바람직하게 장착되게 한다.
또한, 본 발명에 따른 광헤드 디바이스는 요소의 수를 감소시킬 수 있으므로, 광헤드 디바이스의 크기 및 두께를 매우 유용하게 감소시킨다.

Claims (20)

  1. 광학 장치를 장착하는 방법에 있어서,
    적어도 제1 전극 및 제2 전극이 배치되는 기판과, 제3 전극 및 제4 전극이 상기 제1 전극 및 제2 전극 각각에 대응하여 배치되는 광학 장치를 준비하는 단계로서, 상기 광학 장치의 제3 전극 및 제4 전극을 장착하기 위한 표면은 상기 제3 전극 및 제4 전극을 각각 장착하기 위한 상기 표면에 대향하는 측면 상에 있는 상기 광학 장치의 하나의 표면으로부터 제1 높이(ah1) 및 제2 높이(ah2)를 갖고, 여기서 ah1 ＞ ah2이며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 적어도 납땜 기초 영역과 상기 납땜 기초 영역 상의 납땜을 구비하는 단계와,
    상기 제1 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 aS1이고, 상기 제2 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 aS2이고, 상기 제3 전극의 면적은 aS3이고, 상기 제4 전극의 면적이 aS4이고, 상기 제1 전극의 납땜 기초 영역 상에 배치된 납땜의 체적은 v1이고, 상기 제2 전극의 납땜 기초 영역 상에 배치된 납땜의 체적은 v2라 했을 때, 상기 v1 ≠v2로 하는 단계로서, 상기 ah1, v1, aS1, ah2, v2 및 aS2의 값은 각각, 상기 납땜 기초 영역의 표면으로부터 상기 광학 장치의 대향 표면까지의 제1 전극 및 제2 전극의 높이가 상기 납땜이 용융된 후에 ah1+v1/aS1 또는 ah2+v2/aS2에 비례하는 높이가 되도록 설정되는 단계와,
    상기 광학 장치의 제3 전극이 상기 기판의 제1 전극 상에 배치되고, 상기 광학 장치의 제4 전극이 상기 기판의 제2 전극 상에 배치되도록 기판 및 광학 장치를 위치설정하고, 상기 납땜을 용융하고, 상기 기판에 반도체 소자를 납땜하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 배치되는 제1 전극 및 제2 전극의 각각에 상응하여 형성되는 상기 납땜의 체적(v1, v2)은, 상기 기판 상의 제1 전극 및 제2 전극의 납땜 기초 영역의 각각의 면적(aS1, aS2)으로 상기 체적(v1, v2)을 나누어 얻어지는 값(v1/aS1, v2/aS2)이 v2/aS2 ＞ v1/aS1 인 관계를 갖도록 준비되는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 준비 단계에서, 상기 납땜과 접촉하여 그에 덮히는 상기 기판의 제2 전극의 표면은 상기 납땜의 용융에 의해 초기 높이보다 높게 납땜의 높이를 증가시키는 특성을 갖는 재료로 된 영역을 갖고, 상기 제2 전극용으로 준비된 납땜의 면적은 상기 납땜 하부의 납땜 기초 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 준비 단계에서, 상기 납땜과 접촉하여 그에 덮히는 상기 기판의 제2 전극의 표면은 상기 납땜의 용융에 의해 초기 높이보다 높게 납땜의 높이를 증가시키는 특성을 갖는 재료로 된 영역을 갖고, 상기 제2 전극용으로 준비된 납땜의 면적은 납땜 하부의 납땜 기초 영역의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 준비 단계에서, 상기 납땜과 접촉하여 그에 덮히는 상기 기판의 제1 전극의 표면은 상기 납땜의 용융에 의해 초기 높이보다 낮게 납땜의 높이를 감소시키는 특성을 갖는 재료로 된 영역을 갖고, 상기 제1 전극용으로 준비된 납땜의 면적은 납땜 하부의 납땜 기초 영역의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 준비 단계에서, 상기 납땜과 접촉하여 그에 덮히는 상기 기판의 제1 전극의 표면은 상기 납땜의 용융에 의해 초기 높이보다 낮게 납땜의 높이를 감소시키는 특성을 갖는 재료로 된 영역을 갖고, 상기 제1 전극용으로 준비된 납땜의 면적은 납땜 하부의 납땜 기초 영역의 면적보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  7. 제1항에 있어서, 납땜 기초 영역은 납땜 기초 층과 그 아래에 배치된 도전 층을 구비하며, 납땜 기초 층 상의 납땜 층을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  8. 제2항에 있어서, 납땜 기초 영역은 납땜 기초 층과 그 아래에 배치된 도전 층을 구비하며, 납땜 기초 층 상의 납땜 층을 갖는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 납땜과 접촉하여 그에 덮히는 상기 기판의 표면에는 산화실리콘 필름, 질화실리콘 필름, 폴리이미드형 유기 중합체 수지, 크롬(Cr), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  10. 제4항에 있어서, 상기 납땜과 접촉하고 이에 덮히는 상기 기판의 표면에는 산화실리콘 필름, 질화실리콘 필름, 폴리이미드형 유기 중합체 수지, 크롬(Cr), 백금(Pt), 몰리브덴(Mo), 및 텅스텐(W)으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재가 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  11. 제1항에 있어서, 납땜은 금(Au)과 주석(Sn)의 합금인 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  12. 제1항에 있어서, 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  13. 제1항에 있어서, 제1 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 제3 전극의 납땜 기초 영역의 면적과 동일하고, 제2 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 제4 전극의 납땜 기초 영역의 면적과 동일한 것을 특징으로 하는 광학 장치 장착 방법.
  14. 광학 헤드 장치에 있어서,
    정보의 기록 및 판독 중 적어도 하나를 수행하도록 광으로 디스크 기판을 조사하기 위한 광원과,
    광을 출력하도록 광원을 구동하기 위한 구동 회로를 포함하고,
    상기 광원은,
    적어도 제1 전극 및 제2 전극이 배치되는 기판과, 제3 전극 및 제4 전극이 상기 제1 전극 및 제2 전극 각각에 대응하여 배치되는 광학 장치를 준비하는 단계로서, 상기 광학 장치의 제3 전극 및 제4 전극을 장착하기 위한 표면은 상기 제3 전극 및 제4 전극을 각각 장착하기 위한 상기 표면에 대향하는 측면 상에 있는 상기 광학 장치의 하나의 표면으로부터 제1 높이(ah1) 및 제2 높이(ah2)를 갖고, 여기서 ah1 ＞ ah2이며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 적어도 납땜 기초 영역과 상기 납땜 기초 영역 상의 납땜을 구비하는 단계와,
    상기 제1 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 aS1이고, 상기 제2 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 aS2이고, 상기 제3 전극의 면적이 aS3이고, 상기 제4 전극의 면적이 aS4이고, 상기 제1 전극의 납땜 기초 영역 상에 배치된 납땜의 체적은 v1이고, 상기 제2 전극의 납땜 기초 영역 상에 배치된 납땜의 체적은 v2라 했을 때, 상기 v1 ≠v2로 하는 단계로서, 상기 ah1, v1, aS1, ah2, v2 및 aS2의 값은 각각, 상기 납땜 기초 영역의 표면으로부터 상기 광학 장치의 대향 표면까지의 제1 전극 및 제2 전극의 높이가 상기 납땜이 용융된 후에 ah1+v1/aS1 또는 ah2+v2/aS2에 비례하는 높이가 되도록 설정되는 단계와,
    상기 광학 장치의 제3 전극이 상기 기판의 제1 전극 상에 배치되고, 상기 광학 장치의 제4 전극이 상기 기판의 제2 전극 상에 배치되도록 기판 및 광학 장치를 위치설정하고, 상기 납땜을 용융하고 상기 기판에 반도체 소자를 납땜하는 단계를 포함하는 장착 방법에 의해 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 헤드 장치.
  15. 제14항에 있어서, 광원은 다수의 반도체 레이저 장치들이 미리 정한 기판 상에 장착되어 있는 구조를 갖고,
    다수의 반도체 레이저 장치들은 기판의 표면에 대응하는 위치에서 상이한 레벨에 형성된 기판 상의 다수의 전극에 전기적으로 연결되고 광학 장치의 장착 방법에 의하여 형성되는 적어도 하나의 반도체 레이저 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드 장치.
  16. 제14항에 있어서, 광원은, 복수의 반도체 레이저 장치들과, 미리 정한 기판 상에 단일체로(monolithically) 장착되는 자동 초점 검출용 광학 검출기 및 트래킹 검출용 광학 검출기를 포함하고,
    복수의 반도체 레이저 장치들은, 기판상의 복수의 전극들에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 제1 전극과 제2 전극이 반도체 레이저 장치의 기판의 한 표면으로부터 서로 다른 높이로 형성되는 하나 이상의 반도체 레이저 장치를 포함하고,
    반도체 레이저 장치는, 적어도 제1 전극 및 제2 전극이 배치되는 기판과, 제3 전극 및 제4 전극이 상기 제1 전극 및 제2 전극 각각에 대응하여 배치되는 광학 장치를 준비하는 단계로서, 상기 광학 장치의 제3 전극 및 제4 전극을 장착하기 위한 표면은 상기 제3 전극 및 제4 전극을 각각 장착하기 위한 상기 표면에 대향하는 측면 상에 있는 상기 광학 장치의 하나의 표면으로부터 제1 높이(ah1) 및 제2 높이(ah2)를 갖고, 여기서 ah1 ＞ ah2이며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 각각 적어도 납땜 기초 영역과, 상기 납땜 기초 영역 상의 납땜을 구비하는 단계와,
    상기 제1 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 aS1이고, 상기 제2 전극의 납땜 기초 영역의 면적은 aS2이고, 상기 제3 전극 영역의 면적이 aS3이고, 상기 제4 전극의 면적이 aS4이고, 상기 제1 전극의 납땜 기초 영역 상에 배치된 납땜의 체적은 v1이고, 상기 제2 전극의 납땜 기초 영역 상에 배치된 납땜의 체적은 v2라 했을 때, 상기 v1 ≠v2로 하는 단계로서, 상기 ah1, v1, aS1, ah2, v2 및 aS2의 값은 각각, 상기 납땜 기초 영역의 표면으로부터 상기 광학 장치의 대향 표면까지의 제1 전극 및 제2 전극의 높이가 상기 납땜이 용융된 후에 ah1+v1/aS1 또는 ah2+v2/aS2에 비례하는 높이가 되도록 설정되는 단계와,
    상기 광학 장치의 제3 전극이 상기 기판의 제1 전극 상에 배치되고, 상기 광학 장치의 제4 전극이 상기 기판의 제2 전극 상에 배치되도록 기판 및 광학 장치를 위치설정하고, 상기 납땜을 용융하고, 상기 기판에 반도체 소자를 납땜하는 단계로서, 광원으로부터 디스크 기판으로의 광 경로가 광원을 통과하고, 빔 스플리터와 대물 렌즈가 단일 구성으로 이루어지는 상기 단계를 포함하는 장착 방법에 의해 장착되는 것을 특징으로 하는 광학 헤드 장치.
  17. 제16항에 있어서, 기판은 반도체 기판인 것을 특징으로 하는 광학 헤드 장치.
  18. 제16항에 있어서, 광원은, 복수의 반도체 레이저 장치들과, 자동 초점 검출용 광학 검출기 및 트래킹 검출용 광학 검출기와, 미리 정한 기판상에 단일체로 장착되는 양 검출기들로부터의 신호들을 증폭하는 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 헤드 장치.
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