KR100903709B1 - 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

반도체 레이저 장치(A)는, 베이스(1A)와, 이 베이스에 고정된 블럭(1B)과, 이 블럭에 마련된 반도체 레이저 소자(2)를 포함한다. 또한 반도체 레이저 장치(A)는, 베이스(1A)를 관통하는 동시에 반도체 레이저 소자(2)에 도통하는 리드(4A)를 포함하고 있다. 베이스(1A)의 상면에는, 반도체 레이저 소자(2) 및 리드(4A)의 일단부를 둘러싸도록 구성된 캡(5)이 고정된다. 캡(5)에는, 반도체 레이저 소자(2)로부터 출사하는 레이저광의 출사 방향으로 삽입 관통하는 개구(5d)가 형성되어 있다. 이로 인해, 캡(5)은 상기 레이저광의 출사 방향으로 개방된 구성으로 되어 있다.
반도체 레이저 장치, 베이스, 블럭, 반도체 레이저 소자, 캡, 개구

Description

반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명은 반도체 레이저 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 CD(Compact Disc)나, MD(Mini Disc), DVD(Digital Versatile Disc) 등에 대한 판독용 광원, 혹은 CD-R/RW(Compact Disc Recordable/Rewritable)나 DVD-R/RW(Digital Versatile Disc Recordable/Rewritable) 등에 대한 기입용 광원에 이용되는 반도체 레이저 장치에 관한 것이다.
도8에, 일본 특허 공개 제2004-31900호 공보에 개시되어 있는 종래의 반도체 레이저 장치를 도시한다. 반도체 레이저 장치(X)는, 도면 중 상방을 향해 레이저광을 출사하는 것이다. 이하에, 반도체 레이저 장치(X)의 구성을 설명한다.
반도체 레이저 장치(X)는 스템(91)을 갖는다. 스템(91)은 베이스(91A) 및 블럭(91B)으로 이루어진다. 블럭(91B)의 위에는 반도체 레이저 소자(92)가 마련되어 있다. 베이스(91A)의 위에는 수광 소자(93)가 마련되어 있다. 또한, 베이스(91A)에는 2개의 구멍(91Aa)이 형성되어 있다.
리드(94A, 94B)는 각각의 구멍(91Aa)을 관통하고 있다. 리드(94A)는 와이어를 통해 반도체 레이저 소자(92)에 도통하고 있고, 리드(94B)는 수광 소자(93)에 도통하고 있다. 구멍(91Aa)과 리드(94A, 94B)와의 간극에는 저융점 글래스(97)가 충전되어 있다. 리드(94C)는 베이스(91A)의 하면에 접합되어 있다.
블럭(91B)을 덮도록 캡(95)이 설치되어 있다. 캡(95)의 상부에는 개구(95a)가 형성되어 있지만, 이 개구(95a)는 글래스판(96)에 의해 차폐되어 있다. 글래스판(96)은, 반도체 레이저 소자(92)로부터 출사되는 레이저광을 투과시키도록 구성되어 있다. 캡(95)의 모서리는, 베이스(91A)에 대해 저항 용접에 의해 접합되어 있다.
상기 구성에 따르면, 베이스(91A)와 캡(95)에 의해 구획된 공간은 반도체 레이저 장치(X) 밖의 공간에 대해 기밀된다. 따라서, 이 반도체 레이저 장치(X)가 습도가 높은 환경에 있어서 사용되어도, 반도체 레이저 소자(92)의 주위의 습도가 높아지는 것을 방지할 수 있고, 나아가서는 반도체 레이저 소자(92)를 보호할 수 있다.
최근, CD-R 등의 기록 매체에 있어서 액세스 속도가 고속이 되고 있다. 이로 인해, 출력광의 강도가 큰 반도체 레이저 장치가 필요로 되고 있다. 특히 CD-R/RW나 DVD-R/RW 등의 기입용 광원으로서의 용도에 있어서는 큰 출력광 강도가 요구된다.
반도체 레이저 장치의 출력광의 강도를 증가시키고자 하면, 반도체 레이저 소자의 발열량의 증가를 수반하는 것이 된다. 그러나, 상술한 반도체 레이저 장치(X)의 경우, 베이스(91A) 및 캡(95)에 의해 구획된 높은 기밀성을 갖는 공간에 반도체 레이저 소자(92)가 배치되어 있다. 이로 인해, 반도체 레이저 소자(92)에 있어서 발생하는 열을 충분히 외기에 릴리프할 수 없다. 그 결과, 반도체 레이저 소자(92)의 온도의 과도한 상승에 의해, 반도체 레이저 소자(92)로부터 적절하게 레이저광을 출사할 수 없게 될 우려가 있다.
본 발명은 상기한 사정 하에 생각해 낸 것이고, 본 발명은 높은 방열성을 갖는 동시에, 출력광의 강도가 큰 반도체 레이저 장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다. 또한, 본 발명은 그러한 반도체 레이저 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 다른 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 다음의 기술적 수단을 강구하고 있다.
본 발명의 제1 측면에 의해 제공되는 반도체 레이저 장치는, 베이스와, 이 베이스에 고정된 블럭과, 이 블럭에 마련된 반도체 레이저 소자를 구비한다. 또한 상기 반도체 레이저 장치는, 상기 베이스를 관통하고 상기 반도체 레이저 소자에 도통하는 리드와, 상기 베이스에 고정되는 동시에, 상기 반도체 레이저 소자 및 상기 리드의 일단부를 둘러싸도록 구성된 캡을 구비한다. 이 캡에는 관통 개구가 형성되어 있고, 반도체 레이저 소자로부터 출사되는 레이저광은 개구를 통해 외부로 출사된다. 또한, 상기 캡은 상기 출사 방향으로 개방하고 있다.
이러한 구성에 따르면, 상기 캡 및 상기 베이스에 의해 둘러싸인 공간은 상기 개구를 통해 반도체 레이저 장치의 외부와 통하고 있어, 밀폐된 공간으로는 되지 않는다. 이로 인해, 상기 반도체 레이저 장치의 사용에 의해 상기 반도체 레이저 소자가 발열해도, 이들의 열을 상기 개구로부터 상기 반도체 레이저 장치 밖으로 방산하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 반도체 레이저 소자가 과도하게 고온으로 되는 것을 억제 가능하고, CD-R/RW 등의 기입용 광원에 이용되는 경우에, 액세스 속도의 고속화 등에 대응하여 출력광 강도를 적절하게 증가시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 베이스 및 상기 블럭은 동일 재료로 이루어지는 일체 성형된 구조를 취한다. 이러한 구성에 따르면, 상기 블럭과 상기 베이스와의 사이의 열 전달성을 높일 수 있다. 이것에 의해, 상기 반도체 레이저 소자로부터의 열은 상기 개구로부터 방산될 뿐만 아니라, 상기 블럭을 경유하여 상기 베이스로 전파할 수 있다.
바람직하게는, 상기 베이스 및 상기 블럭은 Cu 및 Cu 합금 중 어느 한쪽으로 이루어진다. 이러한 구성은, 상기 베이스 및 상기 블럭을 비교적 열 전도율이 높은 것으로 하는 것을 가능하게 하고, 상기 반도체 레이저 소자의 온도 상승을 억제하는 데 적합하다.
바람직하게는, 상기 리드는 수지를 통해 상기 베이스에 고착되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 상기 리드와 상기 베이스를 기계적으로 접합하면서, 전기적으로 절연하는 것이 가능하다. 또한, 예를 들어 글래스에 의한 고착의 경우, 소성 시에 1,000 ℃ 이상의 높은 온도가 필요로 된다. 이것에 반해, 수지에 의한 고착의 경우, 200 내지 300 ℃ 정도의 비교적 낮은 온도에서 소성할 수 있다. 따라서, 이 소성에 앞서, 상기 베이스 및 상기 블럭에, 예를 들어 Au 도금을 실시해 둔 경우라도 소성 공정이 그 Au 도금을 침식할 우려가 없다. 본 발명에 따르면, Au 도금 이외의 도금 처리를 행해도 좋고, 또한, 그 밖의 다양한 표면 처리를 실시해도 좋다.
바람직하게는, 상기 수지는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 실리콘 수지 중 어느 하나이다. 열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지를 이용할 수 있다. 또한, 열가소성 수지로서는, 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리프탈아미드 수지 혹은 액정 폴리에스테르 수지 등을 이용할 수 있다. 실리콘 수지에는 실리카 분말을 혼입해도 좋다. 이들의 수지는, 소성 온도를 비교적 저온으로 하면서, 기계적인 접합이나 전기적인 절연을 확실화하는 데 적합하다.
바람직하게는, 상기 베이스 및 상기 블럭에는 Ni/Pd/Au 도금 및 Ni/Au 도금 중 어느 한쪽이 실시되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 상기 베이스 및 상기 블럭의 산화 방지를 도모하는 데 적합하다.
바람직하게는, 상기 반도체 레이저 소자는 고내습형의 반도체 레이저 소자이다. 이러한 구성에 따르면, 비교적 습도가 높은 환경에 있어서 이 반도체 레이저 소자를 사용해도, 상기 반도체 레이저 소자의 출사 단부면 등이 침식될 우려가 적어, 적절하게 작동시킬 수 있다. 고내습형의 반도체 레이저 소자로서는, 예를 들어, 출사 단부면에 TiO 또는 SiO2가 혼입된 Al2O3로 이루어지는 코팅을 스퍼터법 등에 의해 실시된 반도체 레이저 소자를 이용하면 좋다.
본원 발명의 제2 측면에 따르면, 반도체 레이저 장치의 제조 방법이 제공된다. 이 제조 방법은, 베이스 및 상기 베이스에 고정된 블럭을 포함하는 스템을 형성하는 공정과, 상기 베이스에 형성한 구멍에 리드를 관통시켜 고착하는 공정과, 상기 블럭에 반도체 레이저 소자를 탑재하는 공정을 갖는다. 상기 스템을 형성하는 공정에 있어서는, 상기 베이스와 상기 블럭이 일체 성형된다. 이러한 구성에 따르면, 열 전도성이 양호한 스템을 형성하는 것이 가능하고, 반도체 레이저 소자의 온도 상승을 억제할 수 있다.
바람직하게는, 상기 스템은 Cu 및 Cu 합금 중 어느 한쪽을 이용한 냉간 단조에 의해 형성된다. 이러한 재료는, 상기 반도체 레이저 소자의 온도 상승을 억제하는 데 적합하다. 또한, 이들의 재료는 성형성이 양호하기 때문에 냉간 단조에 있어서도 치수 정밀도 좋고, 원하는 형상을 실현할 수 있다.
바람직하게는, 상기 리드는 수지를 이용하여 상기 베이스의 구멍에 고착된다. 이러한 구성에 따르면, 수지에 대한 소성 온도를 비교적 낮게 할 수 있다. 따라서, 상기 스템에 실시하는 도금으로서도, 그다지 내고온성이 높지 않은 것을 채용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 수지는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 실리콘 수지 중 어느 하나이다. 열경화성 수지로서는, 예를 들어 에폭시 수지를 이용할 수 있다. 또한, 열가소성 수지로서는 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리프탈아미드 수지 혹은 액정 폴리에스테르 수지 등을 이용할 수 있다. 실리콘 수지에는 실리카 분말을 혼입해도 좋다. 이러한 재료를 이용하는 경우에는, 이들의 수지를 형성하기 위한 소성 온도를 대략 200 내지 300 ℃ 정도로 할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 제조 방법은, 상기 스템을 형성하는 공정 후, 상기 리드를 고착하는 공정 전에, 상기 스템에 Ni/Pd/Au 도금 및 Ni/Au 도금 중의 어느 한쪽을 실시하는 공정을 더 구비한다. 이러한 구성에 따르면, 상기 리드에는, 예를 들어 와이어의 접합성을 높이기 위해 0.1 ㎛ 이상의 두께의 Au 도금을 미리 실시해 두는 것이 가능하다. 한편, 상기 스템에는, 예를 들어 Au 도금을 전혀 실시하지 않거나, 산화 방지를 목적으로서, 0.01 ㎛ 이하 정도의 두께의 Au 도금을 실시하는 것이 가능하다. 따라서, 비교적 고가인 Au 도금의 양을 억제하여 비용 삭감을 도모할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 제조 방법은, 상기 리드를 고착하는 공정 전에, 상기 리드에 Au 도금을 실시하는 공정을 더 구비한다. 이러한 구성에 따르면, 와이어와의 접합성을 충분히 높이는 것이 가능한 비교적 두꺼운 Au 도금을 상기 리드만에 실시할 수 있다. 이것에 의해, 상기 스템 등에는 불필요하게 두꺼운 Au 도금을 실시할 필요가 없어 비용 삭감에 유리하다.
본 발명의 그 밖의 특징 및 이점은, 첨부 도면을 참조하여 이하에 행하는 상세한 설명에 의해 더욱 명백해질 것이다.
도1은 본 발명에 관한 반도체 레이저 장치를 도시하는 사시도이다.
도2는 도1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따른 단면도이다.
도3은 도1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따른 단면도이다.
도4는 본 발명에 관한 반도체 레이저 장치의 제조 방법의 일 공정을 설명하는 단면도이다.
도5는 상기 제조 방법의 다른 공정을 설명하는 단면도이다.
도6은 상기 제조 방법의 다른 공정을 설명하는 단면도이다.
도7은 상기 제조 방법의 다른 공정을 설명하는 단면도이다.
도8은 종래의 반도체 레이저 장치를 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도1 내지 도3은, 본 발명에 관한 반도체 레이저 장치의 일례를 나타내고 있다. 본 실시 형태의 반도체 레이저 장치(A)는, 도1에 있어서의 상방을 향해 레이저광을 출사할 수 있다. 반도체 레이저 장치(A)는 스템(1), 반도체 레이저 소자(2), 수광 소자(3), 리드(4A, 4B, 4C) 및 캡(5)을 구비하고 있다.
스템(1)은 베이스(1A)와 블럭(1B)으로 이루어진다. 도3에 도시하는 바와 같이, 스템(1)은 베이스(1A)와 블럭(1B)이 일체적으로 성형된 구조를 취한다. 스템(1)[즉, 베이스(1A) 및 블럭(1B)]은 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지고, 그 표면에 Ni/Pd/Au 도금 또는 Ni/Au 도금이 실시되어 있다. Au 도금의 두께는, 예를 들어 0.01 ㎛ 정도 이하로 한다. 도1에 도시하는 바와 같이, 베이스(1A)는 원형판 형상이고, 블럭(1B)은 직육면체 형상이다. 블럭(1B)은 베이스(1A)의 상측에, 또한 베이스(1A)의 중심으로부터 어긋난 위치에 배치되어 있다. 베이스(1A)는, 예를 들어 두께가 1.2 ㎜ 정도, 직경이 5.6 ㎜ 정도이다.
반도체 레이저 소자(2)는 블럭(1B)의 측면의 서브 마운트(11)에 마련되어 있 다. 반도체 레이저 소자(2)는 레이저광을 출사하기 위한 것이다. 반도체 레이저 소자(2)는, 예를 들어 250 ㎛ 평방 내지 250 ㎛ × 800 ㎛의 직사각형 정도의 크기를 갖는다. 서브 마운트(11)는, 예를 들어 실리콘 기판 또는 AlN(알루미늄 나이트라이드)으로 이루어지고, 통상 0.8 ㎜ × 1.0 ㎜의 직사각형 정도의 크기를 갖는다. 반도체 레이저 소자(2)는 소위 고내습형의 반도체 레이저 소자이다. 더 구체적으로 말하면, 반도체 레이저 소자(2)는, 예를 들어 TiO 또는 SiO2가 혼입된 Al2O3으로 이루어지는 코팅재이고, 스퍼터법 등에 의해 덮인 출사 단부면을 갖는다. 따라서, 고내습형의 반도체 레이저 소자(2)는 비교적 습도가 높은 환경에 놓여도 출사면 등이 침범되기 어렵다.
수광 소자(3)는 베이스(1A)의 상면에 마련되어 있다. 수광 소자(3)는 받은 광의 강도에 따른 크기의 신호를 출력하는 것이다. 수광 소자(3)의 출력을 이용함으로써, 반도체 레이저 장치(A)로부터의 출사광을 일정하게 유지할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 수광 소자(3)의 출력은 반도체 레이저 소자(2)를 제어하는 회로로 피드백된다.
리드(4A, 4B)는 각각 반도체 레이저 소자(2) 및 수광 소자(3)에 전원 공급하기 위한 것이다. 도2에 도시하는 바와 같이, 리드(4A, 4B)는 베이스(1A)에 형성된 구멍(1Aa)을 관통하고 있다. 리드(4A, 4B)는, 예를 들어 Fe-Ni 합금으로 이루어지고 Au 도금이 실시되어 있다. 이 Au 도금은, 후술하는 와이어 본딩을 실시한 후에, 와이어를 적절하게 접합시켜 두기 위한 것이고, 예를 들어 0.1 ㎛ 정도 이상의 두께이다. 리드(4A, 4B)는 수지(6)에 의해 베이스(1A)에 고정되어 있다. 수지(6)는, 예를 들어 에폭시 수지 등의 열경화성 수지, 또는 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리프탈아미드 수지, 액정 폴리에스테르 수지 등의 열가소성 수지, 혹은 실리카 분말이 혼입된 실리콘 수지이다. 이 수지(6)에 의해, 리드(4A, 4B)는 베이스(1A)와 기계적으로 접합되어 있는 동시에 전기적으로 절연되어 있다.
한편, 베이스(1A)의 하면에는 리드(4C)가 설치되어 있다. 리드(4C)의 상단부(4Ca)는, 베이스(1A)에 대해 예를 들어 납땜에 의해 접합되어 있다. 이로 인해, 리드(4C)와 베이스(1A)는 전기적으로 도통하고 있다. 리드(4C)는 Fe-Ni 합금으로 이루어진다. 리드(4C)는 리드(4A, 4B)와는 달리, 스템(1)과 마찬가지로, Ni/Pd/Au 도금, 또는 Ni/Au 도금이 실시되어 있다. 리드(4C)의 Au 도금의 두께는, 예를 들어 0.01 ㎛ 정도이다.
도1에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저 소자(2)의 표면은, 와이어(7)에 의해 서브 마운트(11)를 경유하여 리드(4A)의 상단부(4Aa)와 도통하고 있다. 또한, 반도체 레이저 소자(2)의 이면은, 서브 마운트(11)와 도통하는 일없이 블럭(1B)에 도통하고 있다. 도3에 도시하는 바와 같이, 블럭(1B)은 베이스(1A)를 경유하여 리드(4C)와 도통하고 있다. 따라서, 반도체 레이저 소자(2)는 리드(4A) 및 리드(4C)와 도통하고 있다. 도2에 도시하는 바와 같이, 수광 소자(3)의 상면은 와이어(7)에 의해 리드(4B)의 상단부(4Ba)와 접속되어 있는 동시에, 수광 소자(3)의 하면은 베이스(1A)를 경유하여 리드(4C)에 도통하고 있다. 리드(4C)는, 소위 공통 리드로서 기능한다. 리드(4A, 4B, 4C)의 하단부는 각각 단자부(4Ab, 4Bb, 4Cb)로 되어 있고, 이 반도체 레이저 장치(A)를 전자 기기 등에 전기적 및 기계적으로 접속하기 위해 이용되는 부분으로 되어 있다.
도1에 도시하는 바와 같이, 캡(5)은 베이스(1A)의 상면에 지지되어 있고, 플랜지(5a), 원통(5b) 및 천장판(5c)으로 이루어진다. 캡(5)은, 반도체 레이저 소자(2), 수광 소자(3)나, 이들의 도통을 도모하기 위한 와이어(7) 등이 부당한 외력을 받아 파손되는 것을 방지하기 위해, 이들을 보호하기 위한 것이다. 이 목적을 위해, 원통(5b)은 블럭(1B)보다도 상하 방향으로 길다. 캡(5)은, 예를 들어 코바르(등록 상표) 등의 Fe-Ni-Co 합금으로 이루어진다. 캡(5)과 베이스(1A)와의 접합은, 예를 들어 저항 용접에 의해 이루어져 있지만, 이것 이외에 예를 들어 에폭시계 접착제를 이용하여 행해도 좋다. 천장판(5c)에는 개구(5d)가 형성되어 있다. 개구(5d)는 반도체 레이저 소자(2)로부터 상방으로 출사된 레이저광을 통과시켜, 반도체 레이저 장치(A)의 외측으로 출사시키기 위해 형성되어 있다. 개구(5d)는 차폐되어 있지 않고, 예를 들어 글래스 등의 투명한 재료를 전혀 수용하고 있지 않다. 이로 인해, 도2 및 도3에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저 소자(2) 주변의 공간은 외부에 대해 개방되어 있다.
다음에, 반도체 레이저 장치(A)의 제조 방법의 일례에 대해, 도4 내지 도7을 참조하면서 이하에 설명한다.
우선, 도4에 도시하는 바와 같이, Cu 재료 또는 Cu 합금 재료에 냉간 단조를 실시함으로써 스템(1)을 형성한다. 이 냉간 단조에 의해, 베이스(1A)와 블럭(1B)이 도3에 도시하는 바와 같이 일체적으로 성형된다. 또한, 베이스(1A)에는 리 드(4A, 4B)를 관통시키기 위한 2개의 구멍(1Aa)이 형성된다. 또한, 스템(1)의 형성은, 냉간 단조에 의한 것이 치수 정밀도나 제조 효율 등의 점에 있어서 바람직하지만, 이것에 한정되지 않고, 냉간 단조와 동일한 정도의 치수 정밀도로 형성 가능한 방법을 채용해도 좋다.
다음에, 도5에 도시하는 바와 같이, 베이스(1A)의 하면에 리드(4C)를, 예를 들어 납땜에 의해 접합한다. 이것에 의해, 리드(4C)와 베이스(1A)가 도통한다. 또한, 리드(4C)의 접합은, 베이스(1A)와 도통시키는 것이 가능한 방법이면, 납땜 이외의 방법에 의해서도 좋다. 리드(4C)를 접합한 후, 스템(1)과 리드(4C)에 도금을 실시한다. 구체적으로는, Ni 도금(8C) 및 Pd 도금(8B)을 실시하고, 이들의 도금 위로부터 또 Au 도금(8Aa)을 실시한다. 상술한 바와 같이, Au 도금(8Aa)은 스템(1)이나 리드(4C)의 산화를 방지할 수 있도록 0.01 ㎛ 이하 정도의 두께로 한다. 또한, 상기 도금 처리는, 반도체 레이저 장치(A)의 사용 환경 등에 따라서, Pd 도금(8B)을 생략하고 Ni 도금(8C) 및 Au 도금(8Aa)만을 실시해도 좋다.
다음에, 도6에 도시하는 바와 같이, Au 도금(8Ab)을 실시한 리드(4A, 4B)를 구멍(1Aa)에 각각 삽입한다. Au 도금(8Ab)은, 리드(4A, 4B)에 예를 들어 Au제의 와이어를 접합하기 쉽게 하기 위한 것이고, 예를 들어 0.1 ㎛ 이상의 두께이다. 다음에, 구멍(1Aa) 내에 수지 페이스트(6')를 충전함으로써 리드(4A, 4B)를 보유 지지한다. 수지 페이스트(6')는, 예를 들어 에폭시 수지 등의 열경화성 수지, 또는 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리프탈아미드 수지, 액정 폴리에스테르 수지 등의 열가소성 수지, 혹은 실리카 분말이 혼입된 실리콘 수지를 함유하는 페이스트이다. 수지 페이스트(6')의 충전은 리드(4A, 4B)의 삽입 전에 행해도 좋고, 이들을 구멍(1Aa)에 삽입한 후에 행해도 좋다.
다음에, 수지 페이스트(6')를 소성하여 수지(6)를 형성한다. 이것에 의해, 도7에 도시하는 바와 같이, 수지(6)가 리드(4A, 4B)를 베이스(1A)에 고착한다. 수지 페이스트(6')는, 상술한 바와 같은 재질로 이루어지기 때문에, 소성 온도는 200 내지 300 ℃ 정도로 하면 충분하다. 수지 페이스트(6')는, 스템(1) 및 리드(4A, 4B, 4C)와 함께 소성된다. 스템(1)이나 리드(4A, 4B, 4C)에 실시된 Au 도금(8Aa, 8Ab)은, 예를 들어 1,000 ℃ 이상의 고온에 노출된 경우, 용융되거나 박리된다는 문제점이 발생하기 쉽다. 그러나, 수지 페이스트(6')의 소성 온도는 200 내지 300 ℃ 정도로 비교적 낮으므로, Au 도금(8Aa, 8Ab)이 고온에 의해 침식되는 것을 방지할 수 있다. 수지(6)가 형성됨으로써, 리드(4A, 4B)는 베이스(1A)에 대해 고착되는 동시에 전기적으로 절연된다.
다음에, 도1에 도시하는 서브 마운트(11)의 형성, 반도체 레이저 소자(2) 및 수광 소자(3)의 탑재, 와이어 본딩에 의한 접속, 캡(5)의 접합 등을 거쳐 반도체 레이저 장치(A)가 완성된다. 캡(5)의 접합 작업을 효율적으로 행하기 위해, 예를 들어 저항 용접이 이용된다. 캡(5)의 접합은, 플랜지(5a)의 전체 주위에 걸쳐 행할 필요는 없고, 캡(5)이 베이스(1A)로부터 용이하게 벗어나지 않을 정도로, 플랜지(5a)의 몇 군데에 대해 저항 용접을 실시해도 좋다.
다음에, 반도체 레이저 장치(A)의 작용에 대해 설명한다.
종래예에 있어서는, 예를 들어 도8에 도시하는 바와 같이, 본 반도체 레이저 소자(92)가 밀폐된 공간에 마련되어 있다. 그 결과, 반도체 레이저 소자(92)로부터 발생한 열이 캡(95)의 내측에 가득차 버린다. 이것에 반해, 본 실시 형태에 따르면, 도1에 도시하는 바와 같이, 캡(5) 및 베이스(1A)에 의해 둘러싸인 공간은 밀폐되어 있지 않다. 즉, 그 공간은, 개구(5d)를 통해 이 반도체 레이저 장치(A) 밖과 통하고 있다. 그 결과, 반도체 레이저 소자(2)로부터 발생된 열은, 개구(5d)를 통한 전열(傳熱)이나 대류 등에 의해 반도체 레이저 장치(A) 밖으로 방산된다. 따라서, 반도체 레이저 소자(2)가 과도하게 고온으로 되는 것을 방지할 수 있다. 반도체 레이저 장치(A)를 CD-R/RW 등의 기입용 광원으로서 이용하는 경우, 상술한 구성에 의해, 액세스 속도의 고속화에 대응하여 큰 출력을 얻을 수 있다.
또한, 스템(1)은, 베이스(1A)와 블럭(1B)이 일체 성형되어 있음으로써, 열 전달성이 양호한 구조로 되어 있다. 이로 인해, 반도체 레이저 소자(2)로부터의 열을, 블럭(1B)을 통해 베이스(1A)로 전달시키는 것이 가능하다. 따라서, 개구(5d)를 통한 방산에 부가하여, 반도체 레이저 소자(2)로부터의 발열을 더욱 촉진할 수 있다. 이것은, 반도체 레이저 장치(A)의 출력화에 적합하다. 부가하여, 스템(1)이 비교적 열 전도율이 높은 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 것도, 반도체 레이저 소자(2)의 열 제거에 유리하다.
리드(4A, 4B)는 수지(6)를 통해 베이스(1A)에 고착되어 있다. 이것에 의해, 리드(4A, 4B)와 베이스(1A)와의 기계적 접합을 강하게 할 수 있는 동시에, 리드(4A, 4B)와 베이스(1A)와의 전기적 절연을 적절하게 확보할 수 있다.
본 실시 형태의 수지(6)에 이용된 재질은, 소성 온도가 200 ℃ 내지 300 ℃ 정도로 비교적 낮다. 이로 인해, 도6에 도시하는 바와 같이, 수지 페이스트(6')를 소성하여 리드(4A, 4B)를 고착하는 공정 전에, 미리 스템(1), 리드(4A, 4B, 4C) 등에 Au 도금을 실시해 두는 것이 가능하다.
리드(4A, 4B)는 반도체 레이저 소자(2)나 수광 소자(3)와 와이어(7)에 의해 접속되기 때문에, 0.1 ㎛ 이상의 두께의 Au 도금을 실시하는 것이 필요하다. 한편, 스템(1)이나 리드(4C)는 산화를 방지하기 위해, 고작 0.01 ㎛ 이하의 두께의 Au 도금을 실시하면 충분하다.
이와 같이, 각 부재에 필요로 되는 Au 도금을 합리적으로 선택하는 것이 가능하고, 비교적 고가인 Au 도금의 양을 억제하여 비용 삭감을 도모할 수 있다.
본 발명에 관한 반도체 레이저 장치는, 상술한 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 관한 반도체 레이저 장치의 각 부의 구체적인 구성은 다양하게 설계 변경 가능하다.
스템(1)은 Cu 또는 Cu 합금으로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 반도체 레이저 소자(2)의 온도 상승을 적절하게 억제할 수 있는 재료, 예를 들어 Fe 등을 이용하여 스템(1)을 형성해도 좋다. 또한, 스템(1)은 베이스(1A)와 블럭(1B)을 일체적으로 형성한 구조로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 이것에 한정되지 않고, 반도체 레이저 소자(2)의 온도 상승을 적절하게 억제할 수 있는 구조이면, 일체적으로 형성된 구조가 아니라도 좋다.
캡(5)은, 반도체 레이저 소자(2)로부터 출사 방향을 향해 개방된 구조로 하기 위한 개구(5d)가 형성되어 있으면 충분하고, 예를 들어 플랜지(5a), 원통(5b)만 으로 이루어지고, 천장판(5c)의 외부 직경과 동일한 정도의 개구를 갖는 구조로 해도 좋다.
수광 소자(3)를 갖는 구성은, 예를 들어 피드백 제어에 의한 반도체 레이저 소자(2)의 안정적인 발광에 유리하다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 다른 방법에 의해 반도체 레이저 소자(2)의 출력 제어를 실현하는 것 등에 의해, 수광 소자(3)를 구비하지 않는 구성으로 해도 좋다.
본 발명에 관한 반도체 레이저 장치(A)는, CD, MD, DVD 등의 판독용 광원, 혹은 CD-R/RW나 DVD-R/RW 등의 기입용 광원 등에 이용되는 데 적합하다. 그러나, 이것에 한정되지 않고 널리 전자 기기 등에 탑재되는 레이저광의 발광원으로서 이용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 베이스 및 이 베이스에 일체 성형된 블럭을 포함하는 스템과,
    상기 블럭에 마련된 반도체 레이저 소자와,
    상기 베이스를 관통하고 또한 상기 반도체 레이저 소자에 도통하는 리드와,
    상기 베이스에 고정되는 동시에, 상기 반도체 레이저 소자 및 상기 리드의 일단부를 둘러싸도록 구성된 캡을 구비하고 있고,
    상기 캡에는 관통 개구가 형성되어 있고, 상기 반도체 레이저 소자로부터 출사되는 레이저광은 상기 개구를 통해 외부로 출사하고, 상기 캡은 상기 출사 방향으로 개방된 구조로 되어 있고,
    상기 리드는 수지를 통해 상기 베이스에 고착되어 있고,
    상기 스템에는, Au층의 두께가 0.01 ㎛ 이하로 된 Ni/Pd/Au 도금 또는 Ni/Au 도금이 실시되어 있고,
    상기 리드에는, 그 두께가 0.1 ㎛ 이상으로 된 Au 도금이 실시되어 있는 반도체 레이저 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 스템은 Cu 및 Cu 합금 중 어느 한쪽으로 이루어지는 반도체 레이저 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 수지는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 실리콘 수지 중 어느 하나인 반도체 레이저 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지이고, 상기 열가소성 수지는 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리프탈아미드 수지 및 액정 폴리에스테르 수지 중 어느 하나이고, 상기 실리콘 수지는 실리카 분말이 혼입된 것인 반도체 레이저 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저 소자는 그 출사 단부면이 TiO 또는 SiO2가 혼입된 Al2O3로 이루어지는 코팅에 의해 덮여 있는 고내습형의 반도체 레이저 소자인 반도체 레이저 장치.
  9. 베이스 및 상기 베이스에 일체 성형된 블럭을 포함하는 스템을 형성하는 공정과,
    상기 베이스에 형성한 구멍에 리드를 관통시켜 고착하는 공정과,
    상기 블럭에 반도체 레이저 소자를 탑재하는 공정과,
    상기 반도체 레이저 소자 및 상기 리드의 일단부를 둘러싸도록 캡을 상기 베이스에 접합하는 공정을 갖는 반도체 레이저 장치의 제조 방법이며,
    상기 리드를 고착하는 공정은, 미리 상기 리드에 그 두께가 0.1 ㎛ 이상으로 된 Au 도금을 실시한 후에 수지를 이용하여 행하고,
    상기 스템을 형성하는 공정 후, 또한 상기 리드를 고착하는 공정 전에, 상기 스템에, Au층의 두께가 0.01 ㎛ 이하로 된 Ni/Pd/Au 도금 또는 Ni/Au 도금을 실시하고,
    상기 캡에는, 상기 반도체 레이저 소자로부터 출사된 레이저 광을 외부로 출사하기 위한 관통 개구가 형성되어 있는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스템은 Cu 및 Cu 합금 중 어느 한쪽을 이용한 냉간 단조에 의해 형성되는 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 수지는 열경화성 수지, 열가소성 수지 및 실리콘 수지 중 어느 하나인 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 열경화성 수지는 에폭시 수지이고, 상기 열가소성 수지는 폴리페닐렌설파이드 수지, 폴리프탈아미드 수지 및 액정 폴리에스테르 수지 중 어느 하나이고, 상기 실리콘 수지는 실리카 분말이 혼입된 것인 반도체 레이저 장치의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
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