KR20060134794A - 광 반도체 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
이 광 반도체 장치는, 반도체 레이저(8)와, 반도체 레이저(8)에서 출사되어 디스크(7)에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자(4)가 형성된 광학 블록(3)과, 홀로그램 소자(4)에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광 소자(9)와, 반도체 레이저(8)와 수광 소자(9)를 격납하는 패키지(2)를 구비하고, 패키지(2)는 내부에 각각 독립하여 복수의 공간(12 및 13)을 가지며, 반도체 레이저(8)와 수광 소자(9)는 서로 다른 공간에 격납되어 있는 구성을 구비하고 있다. 이 구성에 의해, 소형·박형화가 가능하고, 반도체 레이저 소자가 높은 신뢰성을 갖는 광 반도체 장치를 실현할 수 있다.
Description
도 1은, 실시 형태 1에 있어서의 광 반도체 장치가 탑재되어 있는 디스크 재생 장치의 사시도,
도 2a는, 광 반도체 장치의 측면도,
도 2b는, 패키지의 사시도,
도 3a는, 실시 형태 1에 있어서의 광 반도체 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도,
도 3b는, 패키지의 사시도,
도 4는, 실시 형태 1에 있어서의 광 반도체 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도,
도 5a는, 실시 형태 2에 있어서의 광 반도체 장치의 단면도,
도 5b는, 패키지의 사시도,
도 6은, 광 반도체 장치의 제조 방법에 있어서의 제1 공정에서의 광 반도체 장치의 단면도,
도 7은, 제2 공정에서의 광 반도체 장치의 단면도,
도 8은, 제3 공정에서의 광 반도체 장치의 단면도,
도 9는, 제4 공정에서의 광 반도체 장치의 단면도,
도 10은, 실시 형태 2에 있어서의 광 반도체 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도,
도 11은, 실시 형태 2에 있어서의 광 반도체 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도,
도 12는, 실시 형태 3에 있어서의 광 반도체 장치의 단면도,
도 13은, 실시 형태 3에 있어서의 광 반도체 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도,
도 14는, 실시 형태 3에 있어서의 광 반도체 장치의 다른 구성을 도시하는 단면도,
도 15a는, 실시 형태 4에 있어서의 광 반도체 장치의 단면도,
도 15b는, 광 반도체 장치에 있어서의 광학 블록의 사시도,
도 16은, 종래의 광 반도체 장치의 사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 광 반도체 장치 2 : 패키지
3 : 광학 블록 4 : 홀로그램 소자
5 : 콜리메이터 렌즈 6 : 대물 렌즈
7 : 광 디스크 8 : 반도체 레이저
9 : 수광 소자 10 : 수광 소자 기판
11 : 공간 분리 소자 12 : 제1 공간
13 : 제2 공간
본 발명은, 광 디스크 등의 정보 매체에, 정보 신호를 기록, 재생, 소거할 수 있는 광 반도체 장치, 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 광 디스크는, DVD(Digital Versatile Disk)로 대표되는 바와 같이, 대량의 정보를 고밀도로 기록할 수 있기 때문에, 오디오 기기, 비디오 레코더, 컴퓨터 등의 많은 분야에서 이용이 진행되고 있다. 또한, BD(Blu-ray Disc)나 HD-DVD 등과 같이 청색 레이저로 정보의 기록 및 재생이 가능한, 보다 대용량·고밀도의 광 디스크 장치가 개발 및 제품화되기 시작하고 있어, 금후 더욱 보급이 진행될 것으로 생각되고 있다. 이러한 광 디스크 장치에 탑재되는 픽업 장치는, 랩탑 퍼스널 컴퓨터나 카 오디오 기기로의 탑재를 향해서, 소형·박형화나 내진성이 강하게 요구되고 있고, 이들 요구에 대해서 다양한 집적화 유닛 및 픽업 장치가 제안되어 있다.
소형·박형화나 내진성을 향상시킨 광 픽업 장치는, 예를 들면 특허문헌 1(일본국 특개 2001-102676호 공보)에 개시된 것이 있다. 특허문헌 1에 개시된 구성은, 반도체 레이저와 수광 소자를 플랫형 패키지에 일체화한 집적 유닛에 의해, 부품수를 삭감하여, 픽업의 소형화가 실현되어 있다.
도 16에 있어서, 광원인 반도체 레이저(101)는, Si로 형성된 수광 소자 기판 (103) 상의 오목부(105)에 마운트되어 있고, 오목부(105)의 측면에는, 에칭에 의해 Si(111)면이 45°경사 미러(106)로서 형성되어 있다.
반도체 레이저(101)에서 출사된 레이저 광속은, 45°경사 미러(106)에 의해 반사되어, 수광 소자 기판(103)에 대해서 수직 위쪽으로 진행된다. 반사된 레이저 광속(202)은, 광학 블록(107)에 형성된 홀로그램 소자(108)를 투과하여, 콜리메이터 렌즈나 대물 렌즈 등의 광학계(도시하지 않음)를 통해서, 광 디스크(도시하지 않음)에 입사된다.
광 디스크로부터의 반사 광속(201)은, 홀로그램 소자(108)에 의해 회절되고, 수광 소자 기판(103) 상의 수광 소자(104)에 입사되어 전기 신호가 생성된다. 생성된 전기 신호는, 수광 소자 기판(103) 상에 형성된 IV 앰프(도시하지 않음)에 의해 전압 변환, 증폭, 신호 처리되고, 광 디스크의 정보 신호나 대물 렌즈의 위치 조정을 행하기 위한 서보 신호가 검출된다. 또한, 반도체 레이저(101)가 일체화된 수광 소자 기판(103)은, 플랫형 패키지(102)에 탑재되어 있다.
상기 구성은, 반도체 레이저, 수광 소자, 신호 처리용 IV 앰프를 일체화함으로써, 부품수의 삭감에 따른 픽업 장치의 소형·박형화와, 집적화에 의한 내진성의 향상을 도모하고 있다.
그러나 상기 구성에서는, 2개의 과제가 있다.
(1). 반도체 레이저(101)가, 수광 소자 기판(103) 상의 오목부(105)에 마운트되어 있기 때문에, 수광 소자 기판(103)에서 발생한 열이 직접 반도체 레이저 (101)의 특성에 악영향을 준다는 과제가 있다.
즉, 수광 소자 기판(103)에는 수광 소자(104) 및 IV 앰프가 배치되어 있고, 이들을 구동하였을 때에 줄열이 발생한다. 이 줄열의 영향으로, 반도체 레이저(101)의 칩 온도가 상승하여, 광 출력의 저하나 동작 전류의 상승 등의 특성 열화를 일으켜 버린다. 열의 영향을 억제하는 방법에는, 반도체 레이저(101)가 마운트되어 있는 오목부(105)의 용적을 크게 하는 방법이나, 수광 소자(104)나 IV 앰프를 반도체 레이저(101)에서 최대한 멀리하여 배치하는 방법이 있지만, 모두 수광 소자 기판(103)의 면적을 대폭으로 확대해 버려, 비용 상승의 요인이 되어 버린다.
(2). 반도체 레이저(101)는 밀폐화되어 있지 않고, 또한 수광 소자 기판(103)과 일체화되어 있기 때문에, 대기 중의 유기가스, 수광 소자 기판(103)에 부착된 탄화수소나 그 밖의 유기물에서 발생하는 유기가스가 반도체 레이저(101)의 표면에 부착되어, 특성 열화를 일으킨다는 과제가 있다.
수광 소자 기판(103)에 대한 오염 물질은, 대기 중에서 보관됨으로써 퇴적·생성되는 동시에, 가공 프로세스시에, 치핑에 의한 Si 더스트나, 다이싱 후의 칩을 웨이퍼 단위로 유지하는 점착 시트의 잔류물 등이 퇴적된다.
본 발명의 목적은, 소형·박형화가 가능하고, 특성 열화가 없으며, 높은 신뢰성을 갖는 광 반도체 장치를 제공하는 것이다. 또, 그와 같은 광 반도체 장치에 적합한 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 문제를 해결하기 위해서 본 발명의 제1 구성의 광 반도체 장치는, 레이 저 소자와, 상기 레이저 소자에서 출사되어, 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성된 광학 블록과, 상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 레이저 소자와 상기 수광부를 격납하는 패키지를 구비하고, 상기 패키지는 내부에 각각 독립하여 복수의 공간을 가지며, 상기 레이저 소자와 상기 수광부는 서로 다른 상기 공간에 격납되어 있는 것이다.
또, 본 발명의 제2 구성의 광 반도체 장치는, 레이저 소자와, 상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성된 광학 블록과, 상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 광학 블록과 집적화되고, 또한 상기 레이저 소자가 격납되는 제1 공간과, 상기 수광부가 격납되는 제2 공간을 갖는 패키지와, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간의 서로의 공간을 분리 가능한 동시에, 투광 가능한 재질로 형성된 공간 분리 소자를 구비하고, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간은, 상기 공간 분리 소자에 의해 공간이 분리되는 동시에, 상기 제2 공간의 외부는, 상기 광학 블록에 의해 공간이 분리되는 것이다.
또, 본 발명의 제3 구성의 광 반도체 장치는, 레이저 소자와, 상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성된 광학 블록과, 상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 광학 블록과 집적화되고, 또한 상기 레이저 소자가 격납되는 제1 공간과, 상기 수광부가 격납되는 제2 공간을 갖는 패키지를 구비 하고, 상기 광학 블록은, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간의 공간을 분리하도록 배치된 것이다.
또, 본 발명의 제4 구성의 광 반도체 장치는, 레이저 소자와, 상기 레이저 소자에서 출사된 레이저광을 정보 매체측으로 반사하도록 배치된 제1 반사 소자와, 상기 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성된 광학 블록과, 상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 레이저 소자와 상기 제1 반사 소자와 상기 수광부를 격납하는 패키지를 구비하고, 상기 패키지의 내부에는 상기 제1 반사 소자에 의해 공간이 분리된 복수의 공간을 가지며, 상기 레이저 소자와 상기 수광부는 서로 다른 상기 공간에 격납되어 있는 것이다.
또, 본 발명의 제5 구성의 광 반도체 장치는, 레이저 소자와, 상기 레이저 소자에서 출사되어, 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 반사하도록 배치된 제2 반사 소자와, 상기 제2 반사 소자에 의해 반사된 레이저광을 반사하도록 배치된 제3 반사 소자를 갖는 광학 블록과, 상기 제3 반사 소자에 의해 반사된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 레이저 소자와 상기 수광부를 격납하는 패키지를 구비하고, 상기 패키지는 내부에 각각 독립하여 복수의 공간을 가지며, 상기 레이저 소자와 상기 수광부는 서로 다른 상기 공간에 격납되어 있는 것이다.
또, 본 발명의 광 반도체 장치의 제조 방법은, 레이저 소자와, 상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성된 광학 블록과, 상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와, 상기 레이저 소자와 상기 수광부를 격납하는 패키지를 구비하고, 상기 패키지는 상기 광학 블록과 일체화되어 패키지 내부가 밀폐화되어 있는 동시에, 상기 패키지 내부에 배치된 상기 공간 분리 소자에 의해 복수의 공간이 형성된 광 반도체 장치의 제조 방법으로서, 상기 패키지에 상기 레이저 소자를 본딩하는 제1 공정과, 상기 공간 분리 소자를 배치시켜, 상기 레이저 소자가 격납된 공간을 밀폐화하는 제2 공정과, 상기 패키지에 상기 수광부를 본딩하는 제3 공정과, 상기 광학 블록을 상기 패키지와 일체화하는 제4 공정을 구비한 것이다.
본 발명의 제1 구성의 광 반도체 장치는, 상기 패키지의 내부 공간을, 상기 레이저 소자가 격납되는 제1 공간과, 상기 수광부가 격납되는 제2 공간으로 분리하는, 공간 분리 소자를 구비한 구성으로 해도 된다.
또, 상기 패키지와 상기 공간 분리 소자가 일체 성형되어 있는 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 의하면, 패키지와 공간 분리 소자를 접착하는 공정이 삭감되기 때문에, 제작 시간의 단축 및 비용 삭감에 효과가 있다. 또, 접착 공정에 필요한 접착제 등의 사용을 억제할 수 있기 때문에, 접착제로부터의 아웃가스의 억제가 가능해져, 광 반도체 장치의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.
본 발명의 제2 구성의 광 반도체 장치는, 상기 공간 분리 소자가 투광성 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 의하면, 반도체 레이저로부터의 출사광축 상에 공간 분리 소자를 배치하는 것이 가능해진다. 본 구성에 의하면, 패키지와 공간 분리 소자만으로 반도체 레이저를 밀폐화하는 공간을 형성하는 것이 가능해지고, 또한 패키지와 광학 블록을 집적화하면, 반도체 레이저가 격납된 밀폐 공간은 더욱 기밀성이 향상한다. 이에 따라, 광 반도체 장치의 신뢰성을 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 공간 분리 소자가, 반도체 레이저 소자로부터의 출사광을 메인 빔과 2개의 서브 빔으로 분기하기 위한 3빔 생성용 회절 격자를 구비한 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 하면, 일반적인 트래킹 서보 방식으로서 널리 사용되고 있는「3빔 트래킹 방식」으로의 대응이 가능해진다. 또, 공간 분리 소자에 회절 격자가 형성되어 있기 때문에, 장치의 대형화를 초래하지 않는다.
본 발명의 제3 구성의 광 반도체 장치는, 상기 광학 블록은, 상기 레이저 소자에서 출사되는 레이저광을 복수의 레이저광으로 분광하는 회절 격자를 구비한 것이 바람직하다.
본 발명의 제4 구성의 광 반도체 장치는, 상기 패키지와 상기 제1 반사 소자가 일체 성형되어 있는 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 의하면, 패키지와 제1 반사 소자를 접착하는 공정이 삭감되기 때문에, 제작 시간의 단축 및 비용 삭감을 실현할 수 있다. 또, 접착 공정에 필요한 접착제 등의 사용을 억제할 수 있기 때문에, 접착제로부터의 아웃가스의 억제가 가능해져, 광 반도체 장치의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 제1 반사 소자에 있어서의, 상기 레이저 소자에서 출사되는 레이저 광을 반사하는 부위에, 금속 또는 유전체가 코팅되어 있는 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 의하면, 제1 반사 소자의 반사율을 향상시키는 것이 가능해지기 때문에, 반도체 레이저로부터의 출사광량을 손실하지 않고 이용하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 반도체 레이저로부터의 출사광량을 저감하는 것이 가능해져, 광 반도체 장치의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 본 발명의 제1∼제5 광 반도체 장치의 구성은, 상기 반도체 레이저 소자가 격납된 밀폐 공간이, 상기 수광 소자가 격납된 밀폐 공간보다도 부피가 작은 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 의하면, 반도체 레이저가 격납된 공간의 부피가 작아지기 때문에, 대기 중의 유기가스가 적어져, 광 반도체 장치의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 반도체 레이저 소자의 발진 파장이 380∼420㎚인 것이 바람직하다. 이 바람직한 구성에 의하면, Blu-ray Disc나 HD-DVD 등의 대용량·고밀도의 광 디스크 규격에 대응하는 것이 가능해진다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 수광부에서 발생한 열이나 더스트 등이 원인이 되는, 레이저 소자의 특성 열화를 방지할 수 있다. 이 때문에, 광 반도체 장치의 신뢰성을 대폭으로 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 레이저 소자, 수광부, 홀로그램 소자 및 패키지가 일체 집적되어 있기 때문에, 소형·박형화 및 고내진성이 가능해진다.
또, 홀로그램 소자에서 회절된 +1차 회절광과 -1차 회절광의 양쪽의 회절광을 동일한 수광 소자 기판으로 검출하는 것이 가능해져, 수광광량의 향상에 의한 신호대 노이즈비(이하 SN비)의 향상이 가능해진다.
또, 본 발명의 광 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 불량 발생시의 손실을 억제할 수 있다.
(실시 형태 1)
도 1은, 실시 형태 1의 광 반도체 장치를 일례로서 탑재한 디스크 재생 장치의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 2a는, 도 1에 도시하는 디스크 재생 장치의 측면도이고, 광 반도체 장치만을 단면으로 도시하였다(도 1 중의 A-A부의 단면). 도 2b는 패키지의 사시도이다.
도 1에 있어서, 광 반도체 장치(1)는, 내부에 반도체 레이저나 수광 소자 등을 구비한 패키지(2)와, 홀로그램 소자(4)가 형성된 광학 블록(3)이 집적화되어 구성되어 있다. 반도체 레이저에서 출사되는 발산 광속은, 홀로그램 소자(4)에서 출사되어, 콜리메이터 렌즈(5)에서 평행광화되고, 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7)의 정보면 상에 집광된다.
디스크(7)의 정보면에서 반사된 광속은, 대물 렌즈(6) 및 콜리메이터 렌즈(5)를 통해서, 광 반도체 장치(1)로 입사된다. 입사된 광속은, 광 반도체 장치(1) 내에 배치된 수광 소자에서 수광되어, 전기 신호로 변환되어 출력된다.
다음에, 광 반도체 장치(1)의 동작을 설명한다.
도 2a에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저(8)에서 출사된 발산 광속은, 광학 블록(3) 및 홀로그램 소자(4)를 투과하여 출사되어, 콜리메이터 렌즈(5)에 의해 평행광으로 된 후, 대물 렌즈(6)에 의해 광 디스크(7)의 정보면 상에 집광된다.
광 디스크(7)의 정보면에서 반사된 반사 광속은, 대물 렌즈(6) 및 콜리메이터 렌즈(5)를 통과한 후, 광학 블록(3)에 형성된 홀로그램 소자(4)에 입사된다. 홀로그램 소자(4)에서는, 입사되는 반사 광속이, 수광 소자(9)측으로 회절된다. 회절된 광속은, 수광 소자(9)에 입사되어 전기 신호로 변환된다.
또한, 수광 소자(9)는, Si 등으로 구성된 수광 소자 기판(10) 상에 형성되어 있다. 또, 수광부는, 수광 소자(9)와 수광 소자 기판(10)으로 구성되어 있다.
수광 소자(9)에서 출력되는 전기 신호는, 수광 소자 기판(10) 상에 형성된 IV 앰프(도시하지 않음)에 의해, 전압 변환, 증폭 등의 신호 처리가 실시된다. 신호 처리된 전기 신호에 기초해, 광 디스크에 기록되어 있는 정보나, 대물 렌즈의 위치 조정을 행하기 위한 서보 신호가 검출된다.
또, 도 2a 및 도 2b에 도시하는 바와 같이, 패키지(2)의 내부 공간은, 공간 분리 소자(11)에 의해, 제1 공간(12)과 제2 공간(13)으로 분리되어 있다. 즉, 공간 분리 소자(11)는, 반도체 레이저(8)와 수광 소자(9)의 물리적 연통을 차단하도록 배치됨으로써, 제1 공간(12) 및 제2 공간(13)이 형성된다. 제1 공간(12) 내에는 반도체 레이저(8)가 격납되고, 제2 공간(13) 내에는 수광 소자(9)가 탑재된 수광 소자 기판(10)이 격납되어 있다. 또, 공간 분리 소자(11)의 가장자리면(端面)은, 패키지(2)의 표면과 협력하고 있다.
이러한 패키지(2)는, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 접착제 등에 의해 광학 블록(3)과 일체화되어 입구가 봉해짐으로써, 제1 공간(12) 및 제2 공간(13)이 밀폐화된다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 반도체 레이저(8)와 수광 소자 기판(10)이, 공간적으로 분리된 제1 공간(12) 및 제2 공간(13)으로, 각각 분리 배치되 어 있기 때문에, 수광 소자 기판(10)이나 수광 소자(9) 등에서 발생한 열은 반도체 레이저(8)로는 전달되지 않는다. 따라서, 칩 온도 상승이 원인으로 발생하는, 반도체 레이저(8)의 특성 열화를 방지할 수 있다.
또, 수광 소자 기판(10)에 부착된 더스트나, 탄화수소 등의 유기물질에서 발생하는 유기가스 등이, 반도체 레이저(8)로 부착되는 것을 방지할 수 있고, 반도체 레이저(8)의 특성 열화를 방지할 수 있다.
또한, 반도체 레이저(8), 수광 소자(9), 홀로그램 소자(4) 및 패키지(2)가 일체 집적되어 있기 때문에, 광 픽업 장치의 소형·박형화 및 고내진성이 가능해진다.
또한, 도 2a 및 도 2b의 구성에서는, 패키지(2)와 공간 분리 소자(11)를 별도의 부품으로 하였지만, 도 3a 및 도 3b에 도시하는 바와 같이, 패키지(2)의 내부 공간을 분리하는 공간 분리부(2a)를, 패키지(2)에 일체 성형에 의해 설치하는 구성으로 해도 된다. 이 때, 공간 분리부(2a)의 가장자리면은, 패키지(2)의 표면과 협력하고 있다. 또한, 일체 성형의 방법은, 예를 들면 수지 일체 성형 방법이 있다. 이에 따라, 패키지(2)와 공간 분리 소자(11)를 접착하는 공정이 불필요해지기 때문에, 광 반도체 장치(1)의 제작 시간의 단축 및 비용 삭감이 가능해진다. 또, 접착제의 사용량을 줄일 수 있기 때문에, 접착제에서 발생하는 아웃가스의 억제가 가능해져, 광 반도체 장치의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
또, 도 4에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저(8)가 격납된 제1 공간(12)의 용적이, 수광 소자 기판(10)이 격납된 제2 공간(13)의 용적보다도 작아지도록 구성 해도 된다. 이에 따라, 패키지(2)와 광학 블록(3)을 일체화하였을 때에, 제1 공간(12) 내에서의 유기가스의 절체량을 적게 할 수 있어, 광 반도체 장치(1)의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다.
(실시 형태 2)
도 5a는, 실시 형태 2에 있어서의 광 반도체 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 5b는, 상기 장치에 있어서의 패키지의 사시도이다. 또한, 광 반도체 장치(1) 이외의 광학계의 구성은 도 1과 동등하기 때문에, 도시를 생략하고 있다.
우선, 실시 형태 2의 광 반도체 장치를 탑재한 디스크 재생 장치의 동작에 대해 설명한다.
도 5a에 있어서, 반도체 레이저(8)에서 출사된 발산 광속은, 반도체 레이저의 출사광축 상에 배치된 투광성 재료로 구성되는 공간 분리 소자(20), 및 홀로그램 소자(4)를 투과하여, 콜리메이터 렌즈(5)(도 1 참조)에 의해 평행광화된 후, 대물 렌즈(6)(도 1 참조)에 의해 광 디스크(7)(도 1 참조) 상에 집광된다.
또, 광 디스크(7)로부터의 반사 광속은, 대물 렌즈(6) 및 콜리메이터 렌즈(5)를 통과한 후, 도 5a에 도시하는 바와 같이 광학 블록(3)에 형성된 홀로그램 소자(4)에 입사된다. 홀로그램 소자(4)에 입사되는 반사 광속은, 수광 소자(9)측으로 회절된다. 회절된 광속은, 수광 소자 기판(10)에 설치된 수광 소자(9)에 입사되어 전기 신호로 변환되어, 신호 검출된다.
다음에, 광 반도체 장치(1)의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
도 5b에 도시하는 바와 같이, 패키지(22)는, 내부에 공간을 갖고, 상면만이 개방된 형상으로 되어 있다. 패키지(22)의 내부 공간은, 도 5a에 도시하는 바와 같이 공간 분리 소자(20)에 의해, 반도체 레이저(8)가 배치되는 제3 공간(21)과, 수광 소자 기판(10)이 배치되는 제4 공간(23)으로 공간이 분리되어 있다. 즉, 공간 분리 소자(20)는, 반도체 레이저(8)와 수광 소자(9)의 물리적 연통을 차단하도록 배치됨으로써, 제3 공간(21) 및 제4 공간(23)이 형성된다.
이러한 패키지(22)는, 도 5a에 도시하는 바와 같이, 접착제 등에 의해 광학 블록(3)과 일체화되어 입구가 봉해짐으로써, 제3 공간(21) 및 제4 공간(23)이 밀폐화된다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 반도체 레이저(8)가 격납된 제3 공간(21)은, 패키지(22)와 광학 블록(3)이 일체화된 제4 공간(23)에 의해 대기와 격리되어 있기 때문에, 기밀성이 향상한다. 즉, 제3 공간(21)과 외부의 사이에는, 제4 공간(23)이 끼워져 있기 때문에, 제3 공간(21)의 기밀성을 향상할 수 있다. 이에 따라, 반도체 레이저(8)의 신뢰성을, 더욱 향상할 수 있다.
다음에, 광 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
우선, 도 6에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저(8)가 패키지(22)에 본딩되어 일체화된다(제1 공정).
다음에, 도 7에 도시하는 바와 같이, 공간 분리 소자(20)가 패키지(22)에 접착되어 일체화된다. 이 때, 공간 분리 소자(20)는, 제3 공간(21)의 입구를 봉하도록 배치된다. 이에 따라, 반도체 레이저(8)가 격납된 제3 공간(21)이 형성된다(제2 공정).
다음에, 도 8에 도시하는 바와 같이, 수광 소자(9)가 설치된 수광 소자 기판(10)이 패키지(22)에 본딩되어 일체화된다(제3 공정).
다음에, 도 9에 도시하는 바와 같이, 홀로그램 소자(4)가 형성된 광학 블록(3)이 패키지(22)와 접착되어 일체화된다. 이 때, 광학 블록(3)은, 패키지(22)의 입구를 봉하는 위치에 배치된다. 이에 따라, 수광 소자 기판(10)이 격납된 제4 공간(23)이 형성된다(제4 공정).
이와 같이, 본 실시 형태의 제조 방법은, 제3 공간(21)과 제4 공간(23)을 동시에 형성하는 것이 아니라, 단계적으로 형성하는 것이다.
이상과 같이 본 실시 형태의 광 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 생산시에 발생하는, 특성이 나쁜 광 반도체 장치를 폐기할 때에 생기는 손실을 억제시킬 수 있다.
즉, 도 7에 도시하는 바와 같이 제3 공간(21)의 형성이 완료한 시점(제2 공정 완료 시점)에서, 반도체 레이저를 구동시켜, 전류-광 출력 특성, 전류-전압 특성 및 빔 파 필드 특성 등의 각종 특성 검사가 가능해진다. 이에 따라, 대량 생산에 있어서의 검사시에, 레이저 출사광 등의 특성이 나쁜 반도체 레이저 장치를 발견한 경우, 제2 공정의 완료 시점에서 일체화되어 있는 반도체 레이저(8)와 패키지(22)와 공간 분리 소자(20)만을 폐기하기만 하면 되어, 수광 소자 기판(10)이나 광학 블록(3)을 집적화한 후 폐기하는 경우와 비교하여, 대폭적인 손실 억제가 가능해진다.
또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 공간 분리 소자(20)에, 반도체 레이저 (8)로부터의 출사 광속을 메인 빔과 2개의 서브 빔으로 분기하기 위한 3빔 생성용의 회절 격자(14)를 설치해도 된다. 이 구성에 의하면, 일반적인 트래킹 서보 방식으로서 널리 사용되고 있는「3빔 트래킹 방식」으로의 대응이 가능해진다. 또, 회절 격자(14)는, 공간 분리 소자(20) 상에, 표면 가공이나 성형에 의해 형성할 수 있기 때문에, 부품수의 증가나 장치의 대형화를 초래하지 않는다.
또, 광학 블록(24)은, 도 11에 도시하는 바와 같은 구성으로 해도 된다. 도 11에 있어서, 광학 블록(24)에는, 아래쪽 방향으로 돌출된 돌기부(24a)가 형성되어 있다. 돌기부(24a)는, 그 선단에서 제3 공간(21)의 입구를 봉하여, 제3 공간(21)과 제4 공간(23)을 공간적으로 분리하고 있다. 또, 도 11에 도시하는 광학 블록(24)에는, 홀로그램 소자(4)와 회절 격자(14)가 형성되어 있다. 또, 돌기부(24a)는, 광학 블록(24)의 표면과 협력하고 있다. 이러한 광학 블록(24)과 패키지(22)를 일체화함으로써, 제3 공간(21)과 제4 공간(23)이 형성된다. 이 구성에 의하면, 광학 블록(24)에 홀로그램 소자(4)와 회절 격자(14)가 형성되는 동시에, 광학 블록(24)과 패키지(22)가 일체화됨으로써 제3 공간(21)과 제4 공간(23)을 형성할 수 있기 때문에, 공간 분리 소자가 불필요해져, 광 반도체 장치(1)의 비용 다운이 가능해진다.
(실시 형태 3)
도 12는, 실시 형태 3에 있어서의 광 반도체 장치의 구성을 도시하는 단면도이다. 또한, 광 반도체 장치(1) 이외의 광학계의 구성은, 도 1과 동등하기 때문에, 도시를 생략한다.
우선, 광 반도체 장치를 탑재한 디스크 재생 장치의 동작에 대해 설명한다.
도 12에 있어서, 반도체 레이저(8)에서 수평으로 출사된 발산 광속은, 출사광축에 대해서 45°의 경사를 갖는 제1 반사 소자(15)의 반사면(15a)에서 반사되어, 광로가 90°변경된다. 그 후, 콜리메이터 렌즈(5)(도 1 참조)에 의해 평행광으로 되어, 대물 렌즈(6)(도 1 참조)에 의해 광 디스크(7)(도 1 참조) 상에 집광된다.
광 디스크(7)로부터의 반사 광속은, 대물 렌즈(6) 및 콜리메이터 렌즈(5)를 통해서, 도 12에 도시하는 바와 같이 광학 블록(3)에 형성된 홀로그램 소자(4)에 입사되어, 수광 소자(9)측으로 회절된다. 회절된 광속은, 수광 소자(9)에 입사되어 신호 검출된다.
다음에, 광 반도체 장치(1)의 구성에 대해 설명한다.
도 12에 도시하는 바와 같이, 패키지(32)의 내부에는, 제1 반사 소자(15)가 배치되어 있다. 제1 반사 소자(15)에는, 반도체 레이저(8)에서 출사되는 광속을 반사시키는 반사면(15a)을 구비하고 있다. 또, 제1 반사 소자(15)는, 접착제 등에 의해 패키지(32)의 내부에 고정되고, 패키지(32)의 내부 공간이 분리됨으로써, 제5 공간(31)과 제6 공간(33)이 형성된다. 또, 제5 공간(31)에는 반도체 레이저(8)가 격납되고, 제6 공간(33)에는 수광 소자(9)를 구비한 수광 소자 기판(10)이 격납되어 있다. 즉, 제1 반사 소자(15)는, 반도체 레이저(8)와 수광 소자(9)의 물리적 연통을 차단하도록 배치됨으로써, 제5 공간(31) 및 제6 공간(33)이 형성된다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 반도체 레이저(8)와 수광 소자 기판 (10)이, 각각 다른 밀폐 공간인 제5 공간(31) 및 제6 공간(33)에 격납되어 있기 때문에, 반도체 레이저(8)는, 수광 소자 기판(10)에서 발생되는 열이나 유기물질 등의 영향을 받지 않고, 특성 열화를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 제1 반사 소자(15)를 배치함으로써, 반도체 레이저(8)를, 그 출사광축이 패키지(32)의 바닥면에 대해서 평행하게 되도록 설치시키는 것이 가능해진다. 이 때문에, 일반적인 칩 본딩 수법(예를 들면, 진공 핀셋으로 반도체 레이저(8) 및 수광 소자 기판(10)을 진공 흡착하여, 패키지(32)에 본딩하는 수법)으로 본딩할 때, 반도체 레이저(8)를 본딩할 때의 진공 핀셋의 가동 방향과, 수광 소자 기판(10)을 본딩할 때의 진공 핀셋의 가동 방향이, 동일 방향(도 12의 화살표 Z방향)이 되기 때문에, 작업성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 12에 도시하는 구성에서는, 패키지(32)와 제1 반사 소자(15)를 별도의 부품으로 구성하였지만, 일체 성형에 의해 형성해도 된다. 즉, 도 13에 도시하는 바와 같이, 패키지(32)에 반사부(32a)를 일체 성형에 의해 형성함으로써, 패키지(32)와 제1 반사 소자(15)를 접착하는 공정을 삭감할 수 있기 때문에, 제작 시간의 단축 및 비용 삭감이 가능해진다. 또, 접착 공정에 필요한 접착제 등의 사용을 억제할 수 있기 때문에, 접착제에서 발생하는 아웃가스의 억제가 가능해져, 광 반도체 장치의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 도 13에 있어서, 반사부(32a)에는, 경면 가공 등에 의해 반사면(32b)이 형성되어 있다.
또, 도 14에 도시하는 바와 같이, 반사부(32a)에 반사막(16)을 코팅하는 구성이어도 된다. 이 반사막(16)은, Al, Ag, Au 등의 금속 증착막에 의해 형성해도 되고, MgF2, TiO2 등의 유전 증착막에 의해 형성해도 된다. 또, 금속과 유전체를 조합한 다층막으로 해도 된다. 이 구성에 의하면, 반사부(32a)에 있어서의 광속의 반사율을 향상시키는 것이 가능해지기 때문에, 반도체 레이저(8)로부터의 출사광량의 손실을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 반도체 레이저(8)로부터의 출사광량을 저감시켜 구동시키는 것이 가능해져, 소비 전력을 저감시킬 수 있고, 광 반도체 장치의 신뢰성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 반사막(16)은, 도 12에 도시하는 제1 반사 소자(15)에 배치해도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시 형태 4)
도 15는, 실시 형태 4에 있어서의 광 반도체 장치의 단면도이다. 또한, 광 반도체 장치(1) 이외의 광학계의 구성은 도 1과 동등하기 때문에, 도시를 생략하고 있다.
우선, 광 반도체 장치를 탑재한 디스크 재생 장치의 동작에 대해 설명한다.
도 15a에 있어서, 반도체 레이저(8)에서 출사된 발산 광속은, 공간 분리 소자(20) 상에 형성된 3빔 생성용의 회절 격자(14)에 의해, 메인 빔과 제1 서브 빔과 제2 서브 빔으로 분기된다. 이들 3개의 빔은 콜리메이터 렌즈(5)(도 1 참조) 및 대물 렌즈(6)(도 1 참조)를 통과하여, 광 디스크(7)(도 1 참조) 상에 집광된다.
광 디스크(7)의 정보면에 의해 반사된 3개의 빔은, 대물 렌즈(6) 및 콜리메이터 렌즈(5)를 통과한 후, 도 15a에 도시하는 바와 같이 광학 블록(53)에 형성된 제2 반사 소자(67)에 의해 반사되어, 광로가 90°변경된다. 광로가 변경된 반사 광속은, 제3 반사 소자(68)에 의해 반사되어 광로가 90°더 변경되고, 홀로그램 소 자(54)에서 ±1차 회절광으로 분기된다. 메인 빔, 제1 서브 빔 및 제2 서브 빔의 각각의 ±1차 회절광은, 수광 소자 기판(60) 상에 형성된 수광 소자(59a 및 59b)에 입사되어, 전기 신호로 변환되어 신호 검출된다.
또한, 본 실시 형태의 광학 블록(53)은, 도 15b에 도시하는 바와 같이, 3개의 광학 유리(71, 72, 73)가 서로 접합되어 형성되어 있고, 그 접합부에는 유전체 다층막 등이 증착되고, 제2 반사 소자(67) 및 제3 반사 소자(68)가 형성되어 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에 의하면, 홀로그램 소자(54)를 수광 소자 기판(60)의 바로 위쪽 방향에 배치하는 것이 가능해져, 홀로그램 소자(54)에서 회절된 +1차 회절광과 -1차 회절광의 양쪽의 회절광을 동일한 수광 소자 기판(60)으로 검출하는 것이 가능해져, 수광광량의 향상에 의한 S/N비의 향상이 가능해진다.
본 발명에 따른 광 반도체 장치에 의하면, 수광 소자 기판이 발생하는 열이나 유기물질 등에 의해, 반도체 레이저가 특성 열화를 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명의 광 반도체 장치는, 광 픽업 장치의 신뢰성 향상에 유용하다.
Claims (15)
- 레이저 소자와,상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성되어 있는 광학 블록과,상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와,상기 레이저 소자와 상기 수광부가 격납되는 패키지를 구비하고,상기 패키지는 내부에 각각 독립하여 복수의 공간을 구비하며, 상기 레이저 소자와 상기 수광부는 서로 다른 상기 공간에 격납되어 있는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 패키지의 내부 공간을, 상기 레이저 소자가 격납되는 제1 공간과, 상기 수광부가 격납되는 제2 공간으로 분리하는 공간 분리 소자를 더 구비한 광 반도체 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 패키지와 상기 공간 분리 소자가 일체 성형되어 있는 광 반도체 장치.
- 레이저 소자와,상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성되어 있는 광학 블록과,상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와,상기 광학 블록과 집적화되고, 또한 상기 레이저 소자가 격납되는 제1 공간과, 상기 수광부가 격납되는 동시에 상기 레이저 소자에서 출사되는 레이저광의 광축과 교차하는 위치에 배치되어 있는 제2 공간을 구비한 패키지와,상기 제1 공간과 상기 제2 공간의 서로의 공간을 분리하는 동시에, 투광성 재료로 형성된 공간 분리 소자를 구비하고,상기 제1 공간과 상기 제2 공간은, 상기 공간 분리 소자에 의해 공간이 분리되어 있는 동시에,상기 제2 공간과 외부는, 상기 광학 블록에 의해 공간이 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
- 청구항 4에 있어서, 상기 공간 분리 소자는, 상기 레이저 소자로부터의 출사광을 메인 빔과 2개의 서브 빔으로 분기하는 회절 격자를 구비하고 있는 광 반도체 장치.
- 레이저 소자와,상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하 는 홀로그램 소자가 형성되어 있는 광학 블록과,상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와,상기 광학 블록과 집적화되고, 또한 상기 레이저 소자가 격납되는 제1 공간과, 상기 수광부가 격납되는 제2 공간을 구비한 패키지를 구비하고,상기 광학 블록은, 상기 제1 공간과 상기 제2 공간을 분리하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
- 청구항 6에 있어서, 상기 광학 블록은, 상기 레이저 소자에서 출사되는 레이저광을 복수의 레이저광으로 분광하는 회절 격자를 구비하고 있는 광 반도체 장치.
- 레이저 소자와,상기 레이저 소자에서 출사된 레이저광을 정보 매체측으로 반사하도록 배치되어 있는 제1 반사 소자와,상기 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성되어 있는 광학 블록과,상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와,상기 레이저 소자와 상기 제1 반사 소자와 상기 수광부를 격납하는 패키지를 구비하고,상기 패키지의 내부에는, 상기 제1 반사 소자에 의해 공간이 분리된 복수의 공간을 구비하며, 상기 레이저 소자와 상기 수광부는 서로 다른 상기 공간에 격납되어 있는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
- 청구항 8에 있어서, 상기 패키지와 상기 제1 반사 소자가, 일체 성형되어 있는 광 반도체 장치.
- 청구항 8에 있어서, 상기 제1 반사 소자에 있어서의, 상기 레이저 소자에서 출사되는 레이저광을 반사하는 부위에, 금속 또는 유전체가 코팅되어 있는 광 반도체 장치.
- 청구항 9에 있어서, 상기 제1 반사 소자에 있어서의, 상기 레이저 소자에서 출사되는 레이저광을 반사하는 부위에, 금속 또는 유전체가 코팅되어 있는 광 반도체 장치.
- 레이저 소자와,상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 반사하 도록 배치되는 제2 반사 소자와, 상기 제2 반사 소자에 의해 반사된 레이저광을 반사하도록 배치되는 제3 반사 소자를 구비한 광학 블록과,상기 제3 반사 소자에 의해 반사된 레이저광을 수광하여, 전기 신호를 출력 하는 수광부와,상기 레이저 소자와 상기 수광부를 격납하는 패키지를 구비하고,상기 패키지는 내부에 각각 독립하여 복수의 공간을 구비하며, 상기 레이저 소자와 상기 수광부는 서로 다른 상기 공간에 격납되어 있는 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 소자가 격납되어 있는 공간은, 상기 수광부가 격납되어 있는 공간보다도 용적이 작은 광 반도체 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 레이저 소자의 발진 파장이 380∼420㎚인 광 반도체 장치.
- 레이저 소자와,상기 레이저 소자에서 출사되어 정보 매체에 의해 반사된 레이저광을 회절하는 홀로그램 소자가 형성되어 있는 광학 블록과,상기 홀로그램 소자에 의해 회절된 레이저광을 수광하여 전기 신호를 출력하는 수광부와,상기 레이저 소자와 상기 수광부를 격납하는 패키지를 구비하고,상기 패키지는 상기 광학 블록과 일체화되어 패키지 내부가 밀폐화되어 있는 동시에, 상기 패키지 내부에 배치된 상기 공간 분리 소자에 의해 복수의 공간이 형 성된 광 반도체 장치의 제조 방법으로서,상기 패키지에 상기 레이저 소자를 본딩하는 제1 공정과,상기 공간 분리 소자를 배치시켜, 상기 레이저 소자가 격납된 공간을 밀폐화하는 제2 공정과,상기 패키지에 상기 수광부를 본딩하는 제3 공정과,상기 광학 블록을 상기 패키지와 일체화하는 제4 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 광 반도체 장치의 제조 방법.
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