KR100965946B1 - 반도체 레이저 장치 - Google Patents

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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 반도체 레이저 장치는 스템 타입의 패키지를 구비하고, 이 패키지는 베이스부와 히트 싱크부로 구성된다. 히트 싱크부를 베이스부와 동심원 모양의 원주 형상으로 하여 이 히트 싱크부의 축방향에 따라 홈을 형성하고, 이 홈의 내벽면의 바닥부에 상기 반도체 레이저 소자를 배치하고 있다. 이로 인해, 히트 싱크부의 체적을 크게 하여 반도체 레이저 장치의 방열성을 높이는 동시에, 홈으로 소자를 보호할 수 있다.

Description

반도체 레이저 장치 {SEMICONDUCTOR LASER BEAM DEVICE}
본 발명은 CD, CD-R/RW, DVD, DVD-R/RW, DVD-블루 레이 디스크 등의 광디스크용 광원에 사용할 수 있는 반도체 레이저 장치에 관한 것이다. 특히, 광디스크용의 슬림(박형(薄型))의 픽업(pickup)용에 적합한 소형 패키지(package)를 구비하는 반도체 레이저 장치, 또는 그 패키지에 관한 것이다.
현행의 하프 하이트 픽업(half-height pickup)에는 φ5.6mm 스템(stem)을 갖는 반도체 레이저 장치가 사용되고 있다. 슬림 픽업에는 φ5.6mm 스템의 일부를 컷트(cut)한 D 형 스템, 양쪽을 컷트한 I 형 스템의 패키지 등이 제안되어 있다. 또, φ3.5mm 스템, φ3.3mm 스템의 패키지도 제안되어 있다(도 13에 도시된 외관 참조). 이 φ3.5mm 스템, φ3.3mm 스템은 도 13에 외관을 나타낸 바와 같이 φ5.6mm 스템 패키지를 전체적으로 축소한 형태이기 때문에, 레이저 소자 배치용의 히트 싱크(heat sink)부가 작게 되는 문제가 있다. 또 히트 싱크부의 체적을 크게 한 내용으로 특허 문헌 1 등이 알려져 있으나, 이는 반원 형상이어서 체적적으로는 불충분하다.
CD-R, DVD-R용 등의 고출력 타입의 반도체 레이저 장치의 경우에, 전류치와 전압이 모두 커지고, 이에 수반하여 발열이 증가하여 φ3.3mm 스템과 같은 방열 체적이 작은 스템에서는 70℃ 이상의 고온 보증이 곤란하게 되는 문제점이 있었다. 따라서 방열 체적을 구하는 방법이 중요하게 되었다.
본 발명의 과제는 이하에서 하나 또는 그 이상을 조합한 것이다. 즉, 방열성을 개선하는 것과, 패키지의 소형화를 도모하는 것과, 소자의 보호를 도모하는 것과, 리드 핀(Lead pin) 수의 삭감을 도모하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 원주(圓柱) 형상의 히트 싱크부의 축방향에 따라 홈(groove)을 형성하고, 이 홈의 내벽면에 반도체 레이저 소자를 배치한 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 히트 싱크부의 체적을 크게 하여 반도체 레이저 장치의 방열성을 높일 수 있다.
본 발명은 원 형상의 베이스부와 히트 싱크부로 이루어지는 패키지의 상기 히트 싱크부에 반도체 레이저 소자를 배치한 반도체 레이저 장치에 있어서, 상기 히트 싱크부를 상기 베이스부와 동심원 모양의 원주 형상으로 하여 이 히트 싱크부의 축방향에 따라 홈을 형성하고, 이 홈의 내벽면에 상기 반도체 레이저 소자를 배치한 것을 특징으로 한다.
이 구성에서는 종래의 캡에 의한 기밀(氣密) 구조는 채용하지 않기 때문에 부품 수, 조립 공정 수를 경감시킬 수 있다. 또, 히트 싱크부가 외기(外氣)와 접촉하는 면적도 증가시킬 수 있다.
본 발명은 상기 홈이 상기 원주 형상의 히트 싱크부의 중심축을 포함하는 깊이로 되어 있는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 히트 싱크부의 중심축에 반도체 레이저 소자의 광축을 맞춰서 배열 설치할 수 있게 되고, 픽업 장치 등에 장착할 때의 회전에 의한 광축 어긋남을 없앨 수 있다.
본 발명은 상기 홈이 상기 반도체 레이저 소자를 완전히 수납하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 반도체 레이저 소자는 그 높이보다 충분히 깊은 홈에 수납되어 있기 때문에, 이 벽부(壁部)가 소자의 보호 기능을 행한다.
본 발명은 상기 홈이 상기 반도체 레이저 소자와 이에 대한 와이어 본드 선을 완전히 수납하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 반도체 레이저 소자와 와이어 본드 선은 측벽에 의한 보호를 받을 수 있다.
본 발명은 상기 홈이 그 양측에 위치한 벽부가 상기 반도체 레이저 소자보다 높은 위치까지 뻗어 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 반도체 레이저 소자의 높이보다 충분히 높은 벽부에 끼워진 형태로 배치되어 있기 때문에, 이 벽부가 소자의 보호 기능을 행한다.
본 발명은 상기 홈이 상기 히트 싱크부의 원호면을 중심 각도로 환산하여 180도 이하의 범위에서 잘라낸 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의해 홈의 바닥에 위치한 면은 원주의 중심축과 평행하는 평탄면으로 되고, 이 평탄면에 반도체 레이저 소자를 배치할 수 있다.
본 발명은 한 단부가 상기 베이스부를 관통하는 리드 핀을 구비하고, 이 리 드 핀의 한 단부를 상기 홈내에 배치한 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 홈 가운데에서 와이어 본드 배선을 할 수 있기 때문에, 배선을 히트 싱크부에 의해 확실하게 보호할 수 있다.
본 발명은 한 단부가 상기 베이스부를 관통하는 2개의 리드 핀을 구비하고, 이 2개 리드 핀의 한 단부를 상기 홈내에 배치한 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 수광 소자 내장형의 반도체 레이저 장치라도 베이스부를 관통하는 리드 핀의 선단(先端)을 홈내에 배치하고, 홈 가운데에서 와이어 본드 배선을 할 수 있기 때문에, 수광 소자에 대한 배선을 히트 싱크부에 의해 확실하게 보호할 수 있다. 또, 패키지의 소형화를 도모할 수 있다.
본 발명은 상기 히트 싱크부의 선단 외주부(外周部)에 테이퍼면(tapered surface)을 형성한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 테이퍼면을 형성함으로써, 통상 알루미늄 등으로 구성되는 광픽업 측의 레이저 장치의 수납부분이 엣지에 의해 절삭되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 상기 히트 싱크부의 선단을 볼 형상면(spherical surface)에 형성한 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 반도체 레이저 장치의 선단이 볼펜의 선단과 동일한 형태로 되고, 픽업 장치 등에 장착할 때의 충격 조정이 행하기 쉬워진다. 즉, 레이저 장치의 선단을 픽업 장치의 반구 형상의 오목한 곳에 배치하고, 광축이 최적 위치에 있도록 리드 핀 측을 X-Y 방향으로 이동하면서 조정하는 충격 조정이라 불리는 조정을 용이하게 행할 수 있다.
본 발명은 상기 히트 싱크부의 바닥면을 평탄면으로 한 것을 특징으로 한다.
이와 같은 평탄한 바닥면으로 함으로써, 반도체 레이저 소자 등에 와이어 본드 작업을 할 때에 패키지를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 히트 싱크부의 전단면(前端面)에 평판 형상의 광학 소자를 부가한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 반도체 레이저 장치와는 별도로 설치하고 있던 광학 소자를 일체로 설치함으로써, 광 픽업이나 광통신용의 송신기 등에 있어서 광학적인 조정을 간소화할 수 있다.
본 발명은 상기 히트 싱크부의 전단면에 볼 형상의 광학 소자를 부가한 것을 특징으로 한다.
이와 같이 반도체 레이저 장치와는 별도로 설치하고 있던 광학 소자를 광학적인 조정을 행하여 일체로 설치했기 때문에, 광픽업이나 광통신용의 송신기, 광섬유 모듈 등에 적용하는 경우에 그 광학적인 조정을 간소화할 수 있다.
본 발명은 상기 베이스부와 상기 히트 싱크부를 동일한 금속으로 구성한 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 베이스부와 히트 싱크부를 일체로 형성할 수 있다. 그 방법으로는 양(兩)자를 판재(板材)의 프레스(press) 가공이나 또는 재료의 절삭 가공으로 동시에 형성하는 방법이 있다.
본 발명은 기둥 형상의 히트 싱크부에 반도체 레이저 소자를 완전히 수용하 는 깊이를 갖는 홈을 형성하고, 이 홈의 바닥부에 반도체 레이저 소자를 배치한 것을 특징으로 한다.
이 구성에 의하면, 홈에 의해 소자의 보호를 도모할 수 있다.
본 발명은 반도체 레이저 소자와, 상기 반도체 레이저 소자의 광축과 평행으로 상기 반도체 레이저 소자를 배치하기 위한 평탄면을 갖는 기둥 형상의 히트 싱크부를 구비하고, 상기 히트 싱크부는 상기 평탄면의 상기 광축에 대해 좌우 방향 중 한 쪽에 벽부를 일체로 마련하고, 이 벽부의 정상부(頂上部)를 상기 반도체 레이저 소자 및 이 반도체 레이저 소자에 대한 와이어 본드 선보다 높은 위치로 하는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 벽부가 존재함에 따라 방열을 위한 체적 또는 표면적을 증가시킬 수 있고, 방열성을 양호하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태를 나타내며, (A)는 사시도, (B)는 정면도, (C)는 평면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시형태를 나타내며, (A)는 사시도, (B)는 정면도, (C)는 평면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시형태를 나타내며, (A)는 사시도, (B)는 정면도, (C)는 평면도.
도 4는 본 발명의 제4 실시형태를 나타내며, (A)는 일부 노치(notch) 측면도, (B)는 정면도.
도 5는 본 발명의 제5 실시형태를 나타내며, (A)는 평면도, (B)는 정면도.　
도 6은 본 발명의 제6 실시형태를 나타내는 평면도.
도 7은 본 발명의 제7 실시형태를 나타내는 정면도.
도 8은 본 발명의 제8 실시형태를 나타내는 사시도.
도 9는 본 발명의 제9 실시형태를 나타내며, (A)는 사시도, (B)는 정면도, (C)는 평면도.
도 1O는 본 발명의 제10 실시형태를 나타내며, (A)는 사시도, (B)는 정면도, (C)는 평면도.
도 11은 본 발명의 제11 실시형태를 나타내며, (A)는 사시도, (B)는 정면도, (C)는 평면도.
도 12는 신뢰성 시험의 데이터를 나타내는 특성도.
도 13은 종래예를 나타내는 일부를 노치한 사시도.
이하 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 반도체 레이저 장치의 제1 실시형태를 나타내고, 동도(a) 는 사시도, 동도(b)는 정면도, 동도(C)는 평면도이다.
반도체 레이저 장치(1)는 스템 타입의 패키지(2)를 구비하고 있다. 이 패키지(2)는 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)로 구성한다.
베이스부(3)는 직경이 3.3mm, 두께가 1mm의 원반을 기본 형태로 한 원반 형상의 금속으로 구성하고 있다. 히트 싱크부(4)는 직경이 2.9mm, 길이가 2.5mm의 원 주를 기본 형태로 하고, 그 일부를 노치하여 홈부를 형성한 기둥 형상의 금속으로 구성하고 있다. 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)는 정면으로부터 보아 그 중심이 일치하도록 동심원 형상으로 배치하고 있다. 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)의 중심 X는 후술하는 반도체 소자의 광축 X와 일치하도록 설정된다.
히트 싱크부(4)는 원주의 중심축 방향으로 뻗는 홈(5)을 원주의 상부 평탄면와 하부 평탄면을 횡단하도록 형성함으로써, 정면으로부터 보아 U 자 형상을 하고 있다. 홈(5)은 그 상단의 폭이 1.5mm이고, 하단의 폭이 1.0mm으로서 위가 넓은 형태로 형성되어 있다. 홈(5)은 이 홈(5)에 의해 절취된 원주의 원호부분(홈(5)의 상단이 현(弦)으로 간주되는 원호부분)이 원주의 중심축에 대한 중심 각도로 환산하여 180도보다 작은 각도 θ로 되도록 형성되어 있다. 이 각도 θ는 90도 보다 작은 각도로 설정하고 있으나, 180도 이하로 하면 90도 보다 큰 각도로 설정해도 된다. 홈(5)은 그 바닥면이 원주의 중심축 X보다 깊은 위치로 되도록 형성되어 있다. 홈(5)의 바닥에 위치하는 면(6)은 원주의 중심축 X와 평행하는 평탄면으로 되고, 이 평탄면(6)이 후술하는 반도체 레이저 소자를 배치하는 면으로 된다.
히트 싱크부(4)는 평탄면(6)의 양측(상기 축 X에 대해 좌우 방향의 측)에 벽부(7)를 일체로 설치하고 있다. 즉, 홈(5)의 좌우에 홈(5)의 바닥부가 평탄면(6)보다 높은 좌우의 벽부(7A, 7B)를 갖고 있다. 이 벽부(7A, 7B) 사이에 후술하는 소자(9)가 배치된다.
히트 싱크부(4)는 그 기단(基端)이 베이스부(3)에 일체화되어 있다. 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)는 각각을 별도 부재로 하고, 땜납 등의 접속 재료에 의해 양자를 일체로 접합하여 패키지(2)로 할 수도 있으며, 각각을 동일한 부재로 하고 일체로 성형하여 패키지(2)로 할 수도 있다. 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)를 각각 별도 부재로 하는 경우는 베이스부(3)를 열저항이 작은 구리 또는 구리계의 합금, 또는 철 또는 철계의 합금으로 구성하는 것이 바람직하고, 히트 싱크부(4)를 열저항이 작은 구리 또는 구리계의 합금으로 구성하는 것이 바람직하다. 또, 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)를 일체로 형성하는 경우는 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)를 열저항이 작은 구리 또는 구리계의 합금으로 구성하는 것이 바람직하다. 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)를 일체로 형성하는 경우는 양자를 판재의 프레스 가공이나 또는 재료의 절삭 가공으로 동시에 형성할 수 있다.
히트 싱크부(4)는 그 선단이 가늘게 되도록 선단부의 외주부에 테이퍼면(8)을 형성하고 있다. 이와 같은 테이퍼면(8)을 형성함으로써, 통상 알루미늄 등으로 구성되는 광픽업 측의 레이저 장치의 수납부분이 엣지에 의해 절삭되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
또, 히트 싱크부(4)의 외주부는 좌우의 벽부(7A, 7B)를 포함하여 축 X를 중심으로 한 원호로 이루어지는 곡면으로 하기 때문에, 광픽업 측의 레이저 장치의 수납부분 가운데에서 축 X를 중심으로 회전하여 위치 조정할 때, 이 외주 곡면을 가이드로 함으로써 조정시의 움직임을 원활하게 할 수 있다.
반도체 레이저 장치(1)는 패키지부(2)에 반도체 소자로서의 반도체 레이저 소자(9)를 배치하고 있다. 반도체 레이저 소자(9)는 히트 싱크부(4)의 설치면, 이 예에서는 홈(5)의 내벽면을 구성하는 평탄면(6)에 서브 마운트(submount)(10)를 통해 배치하고 있다. 반도체 레이저 소자(9)는 그 발광점이 서브 마운트(10) 측에 치우친 배치, 즉 정션-다운(junction-down)의 형태로 배치하는 것이 방열성을 높이는데 바람직하다.
반도체 레이저 장치(1)는 반도체 레이저 소자(9)로서 적외 타입에서부터 자외 타입까지 여러 가지를 이용할 수 있다. 특히, 적외 타입과 비교하여 방열 특성이 나쁘고, 양호한 방열 환경이 요구되는 적색 타입이나 청색 타입의 반도체 레이저 소자를 이용하는 것이 그 방열 특성을 개선할 수 있는 점에서 바람직하다.
서브 마운트(10)는 방열성이 양호한 부재로 구성되고, 예를 들면 실리콘이나 질화 알루미늄 등의 반도체 재료를 이용할 수 있다. 반도체 레이저 소자(9)의 방열성을 보다 높이는 경우 등에는 반도체 레이저 소자(9)를 서브 마운트(10)를 개재하지 않고 직접 히트 싱크부(4)의 설치면에 설치할 수 있다.
반도체 레이저 소자(9)는 홈(5) 내에 배치되고, 반도체 레이저 소자(9)의 높이보다 충분히 높은 벽부(7A, 7B)에 끼워진 형태로 배치되어 있기 때문에, 이 벽부가 소자의 보호 기능을 행한다.
반도체 레이저 장치(1)는 복수의 리드 핀(11A, 11B)을 패키지(2)에 고정하여 구비하고 있다. 이 실시형태에서는 2개의 리드 핀(11A, 11B)을 베이스부(3)의 중심 X를 끼우도록 하여 배치하고 있다. 한 쪽의 리드 핀(11A)은 한 단부가 베이스부(3)에 땜납 등에 의해 접합되고, 베이스부(3)에 전기적으로 도통하는 상태로 고정되어 있다. 다른 쪽의 리드 핀(11B)은 그 한 단부가 베이스부(3)의 관통구멍(12)에 삽입되고, 이 관통구멍(12)에 배치한 절연재(13)에 의해 베이스부(3)와 절연된 상태로 고정되어 있다. 이 리드 핀(11B)의 한 단부는 베이스부(3)를 관통하여 홈(5) 내에 위치하고 있다.
한 쪽의 리드 핀(11A)은 베이스부(3), 히트 싱크부(4), 와이어 본드 선(14) 등을 통해 반도체 레이저 소자(9)의 한 쪽 전극에 접속된다. 다른 쪽의 리드 핀(11B)은 그 한 단부에 접속한 와이어 본드 선(15), 서브 마운트(10) 상의 배선 등을 통해 반도체 레이저 소자(9)의 다른 쪽 전극에 접속된다. 이 리드 핀(11A, 11B) 사이에 반도체 레이저 소자(9)의 구동에 필요한 전압을 부여하면, 반도체 레이저 소자(9)가 동작하여 레이저광이 축 X 방향으로 출력된다.
각 와이어 본드 선(14, 15)은 측벽(7A, 7B)에 의한 보호를 받기 위해, 홈(5)의 상연으로부터 빠져 나오지 않도록 홈(5) 내에 배치하는 것이 바람직하다. 즉, 홈(5)은 반도체 레이저 소자(9), 서브 마운트(10), 각 와이어 본드 선(14, 15)을 완전히 수납하는 형상으로 형성되어 있다.
반도체 레이저 장치(1)는, 종래와 동일하게, 위치 결정용의 한 쌍의 3각 형상의 노치(16A, 16B)와, 방향 표시용의 4각 형상의 노치(17)를 베이스부(3)에 구비하고 있다.
이 반도체 레이저 장치(1)는 도 1에 도시된 상태가 완성 상태이고, 광픽업 장치 등에 그 광원으로서 장착되어 사용된다. 이 때, 히트 싱크부(4)의 선단이 테이퍼면(8)으로 되어 있기 때문에, 이 레이저 장치(1)를 장착 장소에 원활하게 삽입할 수 있다. 또, 테이퍼면(8)을 선단에 형성함으로써, 통상 알루미늄 등으로 구성된 광픽업 측의 레이저 장치의 수납부분이 엣지에 의해 절삭되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 엣지에 의해 절삭되어 발생하는 금속분말이 광학계에 미치는 악영향을 미연에 방지할 수 있다. 광픽업 장치 등에 장착되어 사용될 때, 베이스부(3)의 히트 싱크부(4) 측의 평탄면이 위치 결정용의 기준면으로서 기능한다.
도 1에 도시된 실시형태에 있어서, 히트 싱크부(4)의 체적은 11.1㎣이고, 도 1O에 도시된 종래 타입(φ3.5mm)의 1.1㎣의 약 1O 배로 증가할 수 있다. 패키지(2)의 전체 체적(베이스부(3)와 히트 싱크부(4)의 합계 체적)은 20.7㎣이고, 도 13에 도시된 종래 타입의 10.7㎣의 약 2 배로 증가할 수 있다. 히트 싱크부(4)의 패키지(2)의 전체 체적에 차지하는 체적 비율은 약 53%(11.1/20.7)로서, 도 13에 도시된 종래 타입의 약 10%(1.1/10.7)에 비해 약 5 배로 증가할 수 있다. 따라서, 반도체 레이저 소자(9)로부터 발생하는 열을 효과적으로 방열할 수 있다.
도 12는 적색 반도체 레이저 소자를 갖는 DVD-R용의 반도체 레이저 장치에 있어서, 70℃의 환경하에서 100mW의 펄스 시험을 행한 경우의 신뢰성 시험의 결과를 나타낸다. 횡축은 시간이고, 종축은 APC(오토 파워 컨트롤)인 환경하에서의 동작 전류를 나타낸다. 이 도면에 명확히 나타난 바와 같이, 도 13에 도시된 종래 구조에서는 100 시간 전후에서 소자가 동작 불능의 상태로 되는 것에 비해, 본 발명의 실시형태에서는 500 시간 이상 안정적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.
상기 실시형태에 있어서는 종래의 캡에 의한 기밀 구조는 채용하고 있지 않기 때문에 부품 수, 조립 공정 수를 삭감할 수 있다. 또, 히트 싱크부(4)가 외기와 접촉하는 면적도 증가시킬 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 구조에 더하여, 종래와 같이 창이 부착된 캡을 밀폐 상 태에서 장착하여 반도체 레이저 장치를 구성할 수도 있다.
도 1에 도시된 반도체 레이저 장치(1)는 수광 소자를 내장하고 있지 않기 때문에, 반도체 레이저 소자(9)의 출력을 모니터하기 위해서는 프런트 모니터용의 수광 소자를 레이저 장치(1)와는 별도로 배치하는 것이 바람직하다.
다음에, 본 발명의 제2 실시형태를, 도 2를 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 서브 마운트(10)로서 수광 소자(18)를 내장한 타입의 것을 이용한 점과, 그 출력을 인출하기 위해 리드 핀을 하나 증가시켜 3개로 한 점이다.
베이스부(3)에는 2개의 리드 핀(11B, 11C)을 관통 배치하는데 충분한 크기를 갖는 횡방향으로 긴 하나의 관통구멍(12)이 형성되어 있다. 이 구멍(12)에 2개의 리드 핀(11B, 11C)을 이의 한 단부가 홈(5) 내에 위치하도록 서로 이간하여 배치하고 있다. 이 2개의 리드 핀(11B, 11C)은 절연재(13)에 의해 서로 절연되고, 다시 베이스부(3)와도 절연되어 고정되어 있다. 리드 핀(11B)의 한 단부는 앞의 실시형태와 동일하게 반도체 레이저 소자(9)에 대한 배선에 이용되고, 이미 하나의 리드 핀(11C)은 서브 마운트(10)에 내장된 수광 소자(18)에 대한 배선에 이용된다. 수광 소자(18)는 PIN 형의 수광 소자로서 2 단자 구조로 되고, 한 쪽의 단자에 접속한 전극(이 예에서는 이면 전극)이 히트 싱크부(4)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽의 전극(이 예에서는 표면 전극)이 리드 핀(11C)에 와이어 본드 선(19)을 통해 접속된다.
제2 실시형태에 있어서도, 제1 실시형태와 동일한 작용 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 수광 소자 내장형의 반도체 레이저 장치라도, 베이스부(3)를 관통하는 리드 핀(11B, 11C)의 선단을 홈(5) 내에 배치하고, 홈(5) 가운데에서 와이어 본드 배선을 할 수 있기 때문에, 수광 소자(18)에 대한 배선을 히트 싱크부(4)에 의해 확실하게 보호할 수 있다. 또, 패키지(2)의 소형화를 도모할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제3 실시형태를, 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 히트 싱크부(4)의 선단을 테이퍼면(8)으로부터 반구 형상인 곡면(20)으로 한 점이다. 반도체 레이저 소자(9)나 서브 마운트(10)는 이 곡면(20)보다 앞쪽으로 나오지 않도록 배치되어 있다. 이와 같이 곡면(20)을 형성함으로써, 반도체 레이저 장치(1)의 선단이 볼펜의 선단과 동일한 형태로 되고, 픽업 장치 등에 장착할 때의 충격 조정을 행하기 쉬워진다. 즉, 레이저 장치의 선단을 픽업 장치의 반구 형상의 홈부에 배치하고, 광축이 최적 위치에 있도록 리드 핀 측을 X-Y 방향으로 이동하면서 조정하는, 충격 조정이라고 불리는 조정을 용이하게 행할 수 있다.
이 제3 실시형태에 있어서, 반도체 레이저 소자(9)의 위치를 도 3에 도시된 상태에서 축 X 방향에 따라 전후(예를 들면 베이스부(3)측)로 약간 이동한 상태로 변경할 수도 있다. 예를 들면, 반도체 레이저 소자(9)를 그 광출사점이 곡면(20)으로부터 동일한 거리로 되도록 배치할 수 있다. 즉, 곡면(20)을 하나의 볼의 일부로 간주했을 때, 그 볼의 중심에 반도체 레이저 소자(9)의 광출사점이 위치하도록 반 도체 레이저 소자(9)를 배치한다. 이와 같이 배치함으로써, 상기 충격 조정 시에 반도체 레이저 소자(9)의 광출사점이 이동하지 않게 된다. 그 결과, 조정 작업이 용이해진다.
이 제3 실시형태는 제2 실시형태나 후술하는 그외의 실시형태에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제4 실시형태를, 도 4를 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 히트 싱크부(4)의 형상을 변경한 점이다. 제1 변경점은 홈(5)의 평탄면(6) 선단에 하향으로 경사한 테이퍼면(21)을 형성한 점이다. 이와 같은 테이퍼면(21)을 형성함으로써, 반도체 레이저 소자(9)로부터 출력되는 빛이 홈(5)의 평탄면(6)에 의해 차단되는 것을 방지할 수 있다. 테이퍼면(21)의 각도는 반도체 레이저 소자(9)의 빛의 상하 방향으로의 확산 각도의 반보다 큰 각도로 설정한다. 반도체 레이저 소자(9)의 빛의 상하 방향으로의 확산 각도는 통상 30도 정도이기 때문에, 테이퍼면(21)의 경사각도는 15도 이상으로 설정할 수 있으며, 예를 들어 15도 내지 20도 범위의 각도로 설정된다.
소자(9)의 위치를 동일하게 유지한 채, 히트 싱크부(4)의 길이를 길게 하는 경우 등에 있어서, 소자의 앞쪽에 테이퍼면(21)을 형성함에 따라 히트 싱크부(4)의 길이를 길게 설정하기 쉽게 된다. 따라서 히트 싱크부(4)의 체적을 증가할 수 있고, 방열 면적을 넓게 할 수 있다.
제2 변경점은 히트 싱크부(5)의 원호면이였던 바닥면을 평탄한 바닥면(22)으로 한 점이다. 이 바닥면(22)은 홈(5)의 평탄면(6)과 평행하는 평탄면으로서, 평탄면(6)보다 큰 면적으로 하고 있다. 이와 같은 평탄한 바닥면(22)으로 함으로써, 반도체 레이저 소자(9) 등에 와이어 본드 작업을 할 때에 패키지(2)를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
상기 제1, 제2 변경점은 각각 별도로 행해도 되고, 동시에 행해도 된다. 이 제4 실시형태는 제 2, 제3 실시형태나 후술하는 그외의 실시형태에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제5 실시형태를, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 히트 싱크부(4)의 형상을 변경한 점과, 그 선단에 광학 소자(23)를 부가한 점이다.
제1 변경점은 히트 싱크부(4)의 선단에 설정하고 있던 테이퍼면(8)의 형성을 행하지 않고 원주 형상대로 한 점, 즉 히트 싱크부(4)의 선단면과 후단면을 동일 평면 형상으로 한 점이다. 이와 같이 히트 싱크부(4)의 선단 형상을 설정함으로써, 히트 싱크부(4)의 선단면(24)의 면적을 넓게 확보할 수 있다. 따라서 히트 싱크부(4)의 선단면(24)에 광학 소자(23)를 부가할 때의 설치 비율을 넓게 할 수 있다. ,
제2 변경점은 히트 싱크부(4)의 선단부에 광학 소자(23)를 부가한 것이다. 이 광학 소자(23)는 평판 형상을 하고 있으나, 적어도 히트 싱크부(4) 측의 면이 평탄한 형상을 하고 있으면 된다. 예를 들면, 광학 소자(23)의 히트 싱크부(4) 측 의 면과 반대측의 면에 상기 테이퍼면(8)에 상당하는 테이퍼면을 형성해도 된다. 광학 소자(23)로서는 홀로그램 소자, 1/4 파장판, 편광판, 판 형상 렌즈들 중에서 선택한 하나를 이용할 수 있다. 반도체 레이저 장치와는 별도로 설치하고 있던 광학 소자(23)를 일체로 설치하였으므로, 광픽업이나 광통신용의 송신기 등에 있어서 광학적인 조정을 간소화할 수 있다.
상기의 제1 및 제2 변경점은 각각 별도로 행해도 되고, 동시에 행해도 된다.
이 제5 실시형태는 제2 및 제4 실시형태나 후술하는 그외의 실시형태에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제6 실시형태를, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 2에 도시된 실시형태와 동일한 구성 소자에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제2 실시형태와 다른 점은 히트 싱크부(4)의 형상을 변경한 점과, 그 선단에 광학 소자(25)를 부가한 점이다.
제1 변경점은 히트 싱크부(4)의 선단에 그 외측에 설정하고 있던 테이퍼면(8)의 형성을 행하지 않고, 원주 형상대로 하고, 홈(5)의 선단에 광학 소자(25)를 수용하는 홈부를 설치한 점이다. 이와 같이 히트 싱크부(4)의 선단 형상을 설정함으로써, 볼 형상의 광학 소자(25)를 확실하게 설치할 수 있다.
제2 변경점은 히트 싱크부(4)의 선단부에 볼 형상의 광학 소자(25)를 부가한 것이다. 이 광학 소자(25)는 반도체 레이저 소자(9)가 발하는 빛을 콜리메이트(collimate)하고, 또는 집광하기 위해 사용된다. 그리고 소자(25)는 히트 싱크부(4)의 선단부에 설치한 오목부에 유지되며, 접착제 등에 의해 고정된다. 반도체 레 이저 장치와는 별도로 설치했던 광학 소자(25)를 광학적인 조정을 행하여 일체로 설치했기 때문에, 광픽업이나 광통신용의 송신기, 광파이버 모듈 등에 적용하는 경우에, 그 광학적인 조정을 간소화할 수 있다.
상기의 제1 및 제2 변경점은 각각 별도로 행해도 되고, 동시에 행해도 된다. 이 제6 실시형태는 제1 및 제4 실시형태나 그외의 실시형태에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제7 실시형태를, 도 7을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 히트 싱크부(4)의 원호 형상 측면 형상을 다면 형상으로 변경한 점이다. 정면으로부터 보아 원호부분을 구비하고 있던 히트 싱크부(4)의 외주부를, 정면으로부터 보아 다각형상으로 변경하였다. 다각형으로 변경함으로써, 캣칭(catching)이 용이하게 행할 수 있게 된다. 히트 싱크부(4)의 원호면이었던 바닥면은 제4 실시형태와 동일하게 평탄한 바닥면(22)으로 하고 있다. 이 바닥면(22)은 홈(5)의 평탄면(6)과 평행하는 평탄면으로, 평탄면(6)보다 큰 면적으로 하고 있다. 이와 같은 평탄한 바닥면(22)으로 함으로써, 반도체 레이저 소자(9) 등에 와이어 본드 작업을 할 때에 패키지(2)를 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
히트 싱크부(4)는 이를 원통 형상을 이루는 홈부 내에 삽입했을 때, 그 설치에 대한 안정성을 높이기 위해, 주위의 면의 복수의 모서리 부분이 가상의 원통(도 7에 일점 쇄선 C로 나타냄)에 내접하도록 형성하고 있다. 이 때, 가상의 원통 C의 중심축은 상기 축 X와 일치한다.
이 제7 실시형태는 제2 실시형태나 그외의 실시형태에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제8 실시형태를, 도 8을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)의 형상을 변경한 점이다.
제1 변경점은 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)와의 외형 치수의 차에 의해 형성되고, 위치 결정 기준면으로서 사용되고 있던 단차, 즉 히트 싱크부(4)의 주위로부터 빠져 나오고 있는 베이스부(3)의 외주부를 제거한 점이다. 이와 같이 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)를 일체의 원주 형상으로 하고, 그 사이의 단차를 없앰으로써 반도체 레이저 장치를 축 X 방향으로 이동시켜서 설치 조정할 때, 상기 단차에 의해 받는 규제가 없어지고, 조정 작업이 용이하게 된다.
제2 변경점은 와이어 본드의 작업성을 높이기 위해, 히트 싱크부(4)의 벽부(7B)의 일부를 제거하고, 평탄면(6B)을 설치한 점이다. 평탄면(6B)은 홈(5)의 평탄면(6)과 동일 평면으로 하고 있으나, 홈(5)이 평탄면(6)과 단차를 가진 평탄면으로해도 된다. 이와 같은 평탄면(6B)을 형성함으로써, 소자(9) 또는 서브 마운트(10)에 대해 와이어 본드를 행하기 위한 캐피럴리(capillary) 형상이 제약을 받기 어려워지고, 제조시의 작업성을 양호하게 할 수 있다.
상기 제1 및 제2 변경점은 각각 별도로 행해도 되고, 동시에 행해도 된다.
이 제8 실시형태는 제2 내지 제7 중 어느 하나의 실시형태나 그외의 실시형태에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제9 실시형태를, 도 9를 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제1 실시형태와 다른 점은 더미(dummy)의 리드 핀(11D)을 설치하고, 일반적인 3 핀의 장치와 핀 양립형(compatible)으로 한 점과, 홈(5)의 좌우로 형성하고 있던 좌우의 벽부(7A, 7B)의 한 쪽을 절삭하여 평탄한 면(6)의 좌우의 한 쪽에만 벽부(7B)를 형성한 점이다.
히트 싱크부(4)는 벽부(7A, 7B)의 한 쪽을 절삭함으로써, 정면으로부터 보아 L 자 형상으로 하고 있다. 앞의 실시예에서는 홈(5)의 바닥면을 구성하는 평탄면(6)에 반도체 레이저 소자(9)를 배치하는 것으로 하였으나, 이 실시예와 같이 홈(5)의 형상을 부채형(V 자 모양)으로 간주할 수 있는 경우는 홈(5)의 한 쪽의 내벽면에 반도체 레이저 소자(9)가 배치되어 있다고 간주할 수도 있다.
리드 핀(11B)은 홈(5)에 완전히 수용되는 것은 아니며, 일부가 홈(5)으로부터 빠져 나온 상태에서 베이스부(3)에 절연되어 고정되어 있다. 더미의 리드 핀(11D)은 리드 핀(11A)과 동일하게 그 한 단부가 베이스부(3)에 땜납 등에 의해 접합되고, 베이스부(3)에 전기적으로 도통한 상태로 고정되어 있다. 리드 핀(11D)은 리드 핀(11A)과 동일하게 축 X 방향으로부터 보아 히트 싱크부(4)와 평면적으로 겹치는 위치에 배치된다. 리드 핀(11D)은 일반적인 3 핀의 장치에 있어서, 모니터 신호 출력용의 리드 핀이 배치되는 위치와 동일한 위치에 배치된다. 따라서 일반적인 3 핀의 장치와 핀 배치가 양립하게 되고, 공통의 제조 장치를 이용하여 제조할 수 있게 된다.
모니터 기능 내장형의 장치는 모니터 신호 출력용의 리드 핀을 리드 핀(11B)와 동일하게 히트 싱크부(4)와의 평면적인 겹침을 피해 배치할 필요가 있기 때문에, 히트 싱크부(4)의 설치 장소가 한정된다. 그러나, 이 실시예의 경우는 리드 핀(11D)이 베이스부(3)로부터 돌출하지 않는 더미 리드이기 때문에, 히트 싱크부(4)의 설치 가능 범위를 넓게 확보할 수 있다. 즉, 원래는 모니터 신호 출력용의 리드 핀이 위치하는 범위에 히트 싱크부(4), 이 예에서는 벽부(7B)를 돌출하여 배치할 수 있다.
그 결과, 통상은 면(6)과 동일한 위치인 히트 싱크부(4)의 상단 위치를 반도체 레이저 소자(9)의 발광점 또는 상부면보다 위의 위치까지 돌출하여 배치할 수 있다. 이와 같이 발광점 또는 상부면보다 위의 위치까지 돌출하는 벽부(7B)의 존재에 의해 방열을 위한 체적 또는 표면적을 증가시킬 수 있고 방열성을 양호하게 할 수 있다.
이 제9 실시형태는 제2 내지 제8 중 어느 하나의 실시형태나 그외의 실시형태에 적용할 수 있다.
다음에, 본 발명의 제10 실시형태를, 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략하고, 차이점을 중심으로 설명한다. 제9 실시형태와의 차이점은 히트 싱크부(4)의 벽부(7)의 형상을 변경한 점이다. 즉, 예각이였던 벽부(7)의 정상부를 면취(面取)하여 평탄면(7C)으로 하였다. 이와 같은 구성에 의해 제9 실시형태보다 방열성 측면에서 약간 뒤떨어지나, 제9 실시형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.
다음에, 본 발명의 제11 실시형태를, 도 11을 참조하여 설명한다. 이 실시형태는 도 8에 도시된 실시형태를 기본으로 하고, 도 9 및 10에 도시된 실시형태를 부가한 것이다. 따라서 도 8 내지 도 10에 도시된 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다.
베이스부(3)와 히트 싱크부(4)는 양자의 사이에 단차가 생기지 않도록 동일한 직경으로 되어 있다. 원주 형상의 일부가 노치되어 히트 싱크부(4)로 되고, 노치되지 않았던 부분이 베이스부(3)로 되어 있다. 이와 같이 베이스부(3)와 히트 싱크부(4)를 일체의 원주 형상으로 하고, 그 사이의 단차를 없앰으로써 반도체 레이저 장치를 축 X 방향으로 이동시켜서 설치 조정할 때, 상기 단차에 의해 받는 규제가 없어져서 조정 작업이 용이해진다.
절연재(13)에 의해 베이스부(3)에 고정된 그리드 핀(11B)의 한 단부는 베이스부(3)를 관통하여 평탄면(6B)의 위쪽까지 뻗어 있다. 리드 핀(11D)은 리드 핀(11A)과 동일하게 그 한 단부가 베이스부(3)에 땜납 등에 의해 접합되고, 베이스부(3)에 전기적으로 도통한 상태로 고정되어 있다. 리드 핀(11D)은 리드 핀(11A)과 동일하게 축 X 방향으로부터 보아 히트 싱크부(4)와 평면적으로 겹치는 위치에 배치된다. 리드 핀(11D)은 일반적인 3 핀의 장치에 있어서, 모니터 신호 출력용의 리드 핀이 배치되는 위치와 동일한 위치에 배치된다. 따라서 일반적인 3 핀의 장치와 핀 배치가 양립하게 되고, 공통의 제조 장치를 이용하여 제조할 수 있게 된다. 벽부(7A)는 정상부를 면취하여 평탄면(7C)을 형성하고 있다.
이 제11 실시형태에 의하면, 제8 내지 제10 실시형태에 있어서의 효과와 동 일한 효과를 나타낼 수 있다.
상기 실시형태에 있어서, 반도체 레이저 소자(9)에 대신하는 반도체 발광 소자로서 발광 다이오드를 이용할 수 있다. 그 밖에도, 본 발명의 취지를 변경하지 않는 범위라면, 상기 실시형태 이외의 변경을 행해도 된다.
본 발명의 반도체 레이저 장치는 CD, CD-R/RW, DVD, DVD-R/RW, DVD 블루 레이 디스크 등의 빛 디스크용 광원에 사용할 수 있고, 특히 광디스크용의 슬림(박형)한 픽업용에 적합한 소형 패키지를 구비하는 반도체 레이저 장치에 이용할 수 있다.

Claims (17)

  1. 원주(圓柱) 형상의 히트 싱크(Heat Sink)부의 축방향에 따라 홈(Groove)을 형성하고, 상기 홈의 내벽면에 반도체 레이저 소자를 배치하며,
    상기 홈의 가운데에, 상기 히트 싱크부의 축방향으로 연장하는 2개의 리드핀을 상기 홈의 횡방향으로 나열하여 배치한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  2. 원 형상의 베이스부와 히트 싱크부로 이루어지는 패키지의 상기 히트 싱크부에 반도체 레이저 소자를 배치한 반도체 레이저 장치에 있어서,
    상기 히트 싱크부를 상기 베이스부와 동심원 모양의 원주 형상으로 하고, 상기 히트 싱크부의 축방향에 따라 홈을 형성하고, 상기 홈의 내벽면에 상기 반도체 레이저 소자를 배치하고,
    상기 홈의 가운데에, 상기 히트 싱크부의 축방향으로 연장하는 2개의 리드핀을 상기 홈의 횡방향으로 나열하여 배치한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홈은 상기 원주 형상 히트 싱크부의 중심축을 포함하도록 하는 깊이로 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홈은 상기 반도체 레이저 소자를 완전히 수납하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홈은 상기 반도체 레이저 소자와 이에 대한 와이어 본드 선을 완전히 수납하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홈은 홈의 양측에 위치하는 벽부(壁部)가 상기 반도체 레이저 소자보다 높은 위치까지 뻗어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 홈은 상기 히트 싱크부의 원호면을 중심 각도로 환산하여 180도 이하의 범위에서 잘라낸 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트 싱크부의 선단(先端) 외주부(外周部)에 테이퍼면(tapered surface)을 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트 싱크부의 선단을 볼 형상면(spherical surface)에 형성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트 싱크부의 바닥면을 평탄면으로 한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트 싱크부의 전단면(前端面)에 평판 형상의 광학 소자를 부가한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 히트 싱크부의 전단면에 볼 형상의 광학 소자를 부가한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 베이스부와 상기 히트 싱크부를 동일한 금속에 의해 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  16. 기둥 형상의 히트 싱크부에 반도체 레이저 소자를 완전히 수용하는 깊이를 갖는 홈을 형성하고, 상기 홈의 바닥부에 반도체 레이저 소자를 배치하며,
    상기 홈의 가운데에, 상기 히트 싱크부의 축방향으로 연장하는 2개의 리드핀을 상기 홈의 횡방향으로 나열하여 배치한 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  17. 삭제
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