WO2023228367A1 - 光半導体装置 - Google Patents

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optical semiconductor
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龍輝 大谷
弘介 篠原
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Definitions

  • the present disclosure relates to an optical semiconductor device.
  • Patent Document 1 discloses a laser package in which a laser is hermetically sealed within a package consisting of a package base and a cap. The laser is fixed to the package base. A plurality of wiring pins including a power supply wiring pin that supplies a driving current to the laser are pulled out from the package base. A heat dissipation member having higher thermal conductivity than the package base is attached to the bottom surface of the package base. The heat dissipation member has one or more insertion holes into which the wiring pins are inserted.
  • the lead pins are passed through the insertion holes formed in the heat dissipation block, there may be restrictions on the method of attaching the heat dissipation block or the order of assembly. Furthermore, high processing accuracy may be required for the position and dimensions of the insertion hole, and for the formation of the insulator that covers the inside of the insertion hole.
  • the present disclosure aims to obtain an optical semiconductor device that can be easily manufactured.
  • An optical semiconductor device includes: a stem having a first surface and a second surface opposite to the first surface; a semiconductor laser provided on the first surface side of the stem; a lead pin penetrating the stem from the first surface to the second surface; a third surface; and a fourth surface opposite to the third surface, the third surface being the third surface of the stem.
  • a heat dissipation block that is in contact with the second surface, and the heat dissipation block has a groove formed in the side surface connecting the third surface and the fourth surface and penetrating from the third surface to the fourth surface.
  • An insulating film is provided on an inner surface of the heat dissipation block forming the groove, and the lead pin is inserted into the groove of the heat dissipation block.
  • An optical semiconductor device includes: a stem having a first surface and a second surface opposite to the first surface; a semiconductor laser provided on the first surface side of the stem; The stem includes a plurality of lead pins penetrating the stem from the first surface to the second surface, a third surface, and a fourth surface opposite to the third surface, and the third surface is connected to the stem.
  • a heat dissipation block that contacts the second surface, an insulating film is provided on a side surface of the heat dissipation block that connects the third surface and the fourth surface, and the heat dissipation block contacts the second surface of the stem. It extends from the center of the surface and passes between the plurality of lead pins.
  • a groove is formed in the heat dissipation block by cutting out the side surface connecting the third surface and the fourth surface and penetrating from the third surface to the fourth surface.
  • a lead pin is inserted into the groove. Therefore, the heat dissipation block can be easily attached to the stem, and the optical semiconductor device can be manufactured easily.
  • the heat dissipation block extends from the center of the second surface of the stem through between the plurality of lead pins. Therefore, it is not necessary to form an insertion hole in the heat dissipation block, and the optical semiconductor device can be manufactured easily.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to Embodiment 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a first modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a second modification of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a modification of Embodiment 3.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of a heat dissipation block according to Embodiment 4.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a perspective view of a heat dissipation block according to Embodiment 5.
  • Embodiment 1. 1 and 2 are cross-sectional views of an optical semiconductor device 100 according to the first embodiment.
  • a plane perpendicular to the emitted light direction 81 of the optical semiconductor device 100 will be referred to as an XY plane, and a direction parallel to the emitted light direction 81 will be referred to as a Z direction.
  • the optical semiconductor device 100 includes a stem 10 having a first surface 11 and a second surface 12 opposite to the first surface 11.
  • a semiconductor laser 16 is provided on the first surface 11 side of the stem 10 .
  • FIG. 1 is a YZ cross-sectional view passing through the center of the stem 10.
  • FIG. 2 is a view of an XY section obtained by cutting FIG. 1 along the straight line AB, viewed from the second surface 12 side of the stem 10.
  • the plurality of lead pins 30 penetrate the stem 10 from the first surface 11 to the second surface 12.
  • the stem 10 and lead pins 30 are made of metal including iron or the like.
  • the stem 10 and lead pins 30 may be plated with gold on their surfaces.
  • the stem 10 has a disc shape, for example, with a diameter of 5.6 mm and a thickness of about 1.2 mm.
  • the lead pin 30 has a diameter of 0.4 mm, for example.
  • a portion of the lead pin 30 having a length of about 15 mm is pulled out from the second surface 12 side of the stem 10.
  • a sealing material 32 made of an insulating material such as glass is filled between the stem 10 and the lead pins 30. Thereby, the stem 10 and the lead pins 30 are electrically insulated.
  • the plurality of lead pins 30 may include ones that are electrically short-circuited to the stem 10.
  • a mounting block 14 made of a metal material is mounted on the first surface 11 of the stem 10.
  • a semiconductor laser 16 is mounted on the mounting block 14 so that light is emitted in the Z direction.
  • the semiconductor laser 16 is, for example, an edge-emitting laser chip.
  • the semiconductor laser 16 may be a surface emitting laser or an LED as long as it is a light emitting element.
  • the semiconductor laser 16 and the lead pins 30 are electrically connected using a gold wire, a wiring board, or the like (not shown). By injecting current from the lead pin 30, the semiconductor laser 16 can be operated.
  • a cylindrical lens barrel 34 made of metal is welded to the first surface 11 of the stem 10.
  • a glass lens 36 is attached to the tip of the lens barrel 34.
  • the lens barrel 34 and the glass lens 36 cover and seal the mounting block 14 and the semiconductor laser 16.
  • the heat radiation block 20 has a third surface 23 and a fourth surface 24 opposite to the third surface 23, and the third surface 23 contacts the second surface 12 of the stem 10.
  • the position of the stem 10 is indicated by a dashed line.
  • the heat radiation block 20 is made of metal.
  • the side surface 21 connecting the third surface 23 and the fourth surface 24 is cut out, and a groove 26 penetrating from the third surface 23 to the fourth surface 24 is formed.
  • a plurality of lead pins 30 are inserted into the groove 26.
  • the groove 26 is formed so that the heat radiation block 20 does not interfere with the lead pin 30.
  • the groove 26 of the heat dissipation block 20 is rectangular, but it may also be polygonal, U-shaped, or the like.
  • the depth of the groove 26 from the side surface 21 is, for example, greater than or equal to the distance between the plurality of lead pins 30.
  • the outer peripheral portion of the second surface 12 of the stem 10 is in contact with the third surface 23 of the heat radiation block 20.
  • An insulating film 28 made of polyimide or the like is provided on the inner surface of the heat radiation block 20 where the groove 26 is formed. Thereby, even if the lead pins 30 and the heat radiation block 20 come into contact with each other, electrical conduction between the lead pins 30 and the heat radiation block 20 can be suppressed.
  • the semiconductor laser 16 When the lead pin 30 is connected to a power source and current is injected, the semiconductor laser 16 emits laser oscillation light.
  • the laser oscillation light passes through the glass lens 36 and is emitted in the Z direction.
  • heat is generated in the semiconductor laser 16 along with laser oscillation. This heat escapes from the mounting block 14, which has high thermal conductivity, through the stem 10, as shown by arrow 80.
  • the heat dissipation block 20 by arranging the heat dissipation block 20 so as to be in contact with the second surface 12 of the stem 10, heat can be dissipated from the second surface 12 toward the heat dissipation block 20 through a short heat dissipation path. This can prevent the temperature of the semiconductor laser 16 from rising excessively during current injection. Therefore, deterioration in optical output characteristics and reliability can be suppressed.
  • the package is often assembled so that the light emitting point of the semiconductor laser 16, which is the heat source, is located near the center of the stem 10. Therefore, when the heat radiation block 20 contacts the stem 10 in a region near the center of the second surface 12 of the stem 10, the heat radiation efficiency can be improved.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 200 according to a first modification of the first embodiment.
  • the flexible substrate 40 is connected to the lead pins 30 on the fourth surface 24 side of the heat dissipation block 20.
  • a plurality of holes are formed in the flexible substrate 40 into which the lead pins 30 are inserted.
  • the flexible substrate 40 has electrical wiring such as a wiring pattern.
  • a comparative example of this embodiment consider a structure in which a heat dissipation block is provided with an insertion hole for a lead pin 30.
  • the heat radiation block needs to be attached in the Z direction from the second surface 12 side of the stem 10. Therefore, in the comparative example, it is necessary to attach the heat dissipation block before attaching the flexible substrate 40 to the lead pins 30.
  • the heat radiation block 20 according to the first embodiment can be attached to the stem 10 from two directions, the Z direction and the X direction. Therefore, in this embodiment, it is also possible to attach the heat dissipation block 20 to the stem 10 after attaching the flexible substrate 40 to the lead pins 30. As described above, in this embodiment, it is possible to increase the degree of freedom in the method of attaching the heat dissipation block 20 or the order of assembly, and it is possible to improve the flexibility of the manufacturing process.
  • the lead pin 30 may be bent. Furthermore, interference between the heat radiation block and the lead pins 30 may make it impossible to attach the heat radiation block. Furthermore, the inside of the insertion hole, which is approximately several mm in diameter, must be covered with an insulator. For these reasons, high machining accuracy is required, which may increase the machining cost of the heat dissipation block. In contrast, in the present embodiment, there is no need to form an insertion hole in the heat dissipation block 20 and to form an insulator inside the insertion hole. Therefore, high processing accuracy is not required, and manufacturing costs can be suppressed.
  • the heat dissipation block 20 and the lead pin 30 can be easily aligned. Therefore, the heat radiation block 20 can be easily attached to the stem 10. Therefore, assembly costs can be suppressed.
  • the optical semiconductor device 100 can be easily manufactured.
  • the heat dissipation block 20 of this embodiment can be manufactured using less metal material than the heat dissipation block in which insertion holes are formed according to the comparative example. Therefore, material costs can be suppressed.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 300 according to a second modification of the first embodiment.
  • the optical semiconductor device 300 differs from the optical semiconductor device 100 in the structure of the heat dissipation block 320.
  • the other configurations are similar to those of the optical semiconductor device 100.
  • a plurality of grooves 26 may be formed in the heat radiation block 320 in accordance with the arrangement of the lead pins 30.
  • the contact area between the stem 10 and the heat radiation block 320 can be made larger than in the optical semiconductor device 100. Therefore, heat radiation efficiency can be improved.
  • the shapes of the heat radiation block 20 and the grooves 26 of this embodiment are not limited to those shown in FIGS. 1 to 4.
  • the heat radiation block 20 may be rectangular, polygonal, circular, oval, or the like when viewed from the Z direction.
  • the groove 26 is not limited to a rectangular shape, but may be polygonal, U-shaped, or the like.
  • the number of lead pins 30 is not limited.
  • Embodiment 2. 5 and 6 are cross-sectional views of an optical semiconductor device 400 according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a YZ cross-sectional view passing through the center of the stem 10.
  • FIG. 6 is a view of an XY section obtained by cutting FIG. 5 along the line CD, viewed from the second surface 12 side of the stem 10.
  • Optical semiconductor device 400 differs from optical semiconductor device 100 in the structure of heat dissipation block 420. The other configurations are similar to those of the optical semiconductor device 100.
  • the groove 26 is formed so that the Y direction is the depth direction. In other words, the groove 26 opens toward the negative direction of the Y-axis.
  • the semiconductor laser 16 is arranged so that light is emitted from the center of the XY plane of the stem 10. For this reason, the mounting block 14 on which the semiconductor laser 16 is mounted is often placed at a position offset from the center of the stem 10. Also in this embodiment, the mounting block 14 on which the semiconductor laser 16 is mounted is provided at a position biased to one side from the center of the stem 10 on the first surface 11 of the stem 10 . One side is the positive Y-axis direction in FIG.
  • the bottom of the groove 26 of the heat dissipation block 420 is provided on one side, that is, on the Y-axis positive direction side. Thereby, the distance between the bottom of the groove 26 of the heat radiation block 420 and the mounting block 14 can be reduced.
  • the contact portion between the second surface 12 of the stem 10 and the heat radiation block 420 approaches the mounting block 14, so that the heat radiation path from the semiconductor laser 16 to the heat radiation block 420 can be shortened as shown by the arrow 82. . Therefore, heat radiation efficiency can be improved.
  • Embodiment 3. 7 and 8 are cross-sectional views of an optical semiconductor device 500 according to the third embodiment.
  • the optical semiconductor device 500 differs from the optical semiconductor device 100 in the structure of the heat dissipation block 520.
  • Other configurations are similar to those of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a YZ cross-sectional view passing through the center of the stem 10.
  • FIG. 8 is a view of an XY section obtained by cutting FIG. 7 along the line EF, viewed from the second surface 12 side of the stem 10.
  • the third surface 23 of the heat radiation block 520 is in contact with the second surface 12 of the stem 10.
  • the heat radiation block 520 has a shape that can be placed in the center of the second surface 12 of the stem 10, for example, between the plurality of lead pins 30. That is, the heat dissipation block 520 extends from the center of the second surface 12 of the stem 10 through between the plurality of lead pins 30.
  • the heat radiation block 520 is, for example, a rectangular parallelepiped. That is, the heat radiation block 520 has a rectangular shape when viewed from a direction perpendicular to the second surface 12.
  • An insulating film 28 made of polyimide or the like is provided on the side surface 21 of the heat radiation block 520 that connects the third surface 23 and the fourth surface 24.
  • the insulating film 28 is provided to prevent conduction between the lead pin 30 and the heat radiation block 520.
  • the insulating film 28 may be provided on the side surface 21 facing the lead pin 30.
  • the optical semiconductor device 100 can be easily manufactured and material costs can be suppressed. Furthermore, in this embodiment, there is no need to form grooves in the heat dissipation block 520. Therefore, processing costs can be suppressed. Further, in this embodiment, since the heat radiation block 520 can be arranged at the center of the stem 10, the heat radiation path from the semiconductor laser 16 to the heat radiation block 520 can be shortened as shown by the arrow 83. Therefore, heat can be efficiently released.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 600 according to a modification of the third embodiment.
  • the optical semiconductor device 600 includes a heat radiation block 620.
  • the heat radiation block 620 has a cross shape when viewed from a direction perpendicular to the second surface 12. In the heat radiation block 620, the contact area between the stem 10 and the heat radiation block 620 can be expanded more than in the heat radiation block 520. Therefore, heat dissipation efficiency can be improved.
  • the heat radiation block 620 can only be attached to the stem 10 from the Z direction. Therefore, there are restrictions on the manufacturing process compared to the first embodiment.
  • the flexible substrate 40 may be connected to the plurality of lead pins 30 on the fourth surface 24 side of the heat dissipation block 520.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 700 according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a perspective view of a heat radiation block 720 according to the fourth embodiment.
  • the optical semiconductor device 700 is different from the optical semiconductor device 100 in the structure of the heat radiation block 720.
  • Other configurations are similar to those of the first embodiment.
  • the heat radiation block 720 has a semicircular shape when viewed from the Z direction, for example. Similar to the heat radiation block 20, the heat radiation block 720 is formed with a groove 26 through which the lead pin 30 is passed.
  • the heat radiation block 720 has a stepped portion 722 that extends from the third surface 23 toward the stem 10 and contacts the side surface 13 connecting the first surface 11 and the second surface 12 of the stem 10 .
  • the stepped portion 722 has a height d from the third surface 23.
  • the heat dissipation block 720 contacts the second surface 12 and side surface 13 of the stem 10 . Therefore, as shown by the arrow 84, a heat radiation path from the side surface of the stem 10 to the heat radiation block 720 is added, so that heat can be dissipated more efficiently.
  • the height d is greater than or equal to the thickness of the stem 10
  • the contact area between the stepped portion 722 and the side surface 13 of the stem 10 is maximized, and heat dissipation is also maximized.
  • the stepped portion 722 also functions as an assembly guide. The step portion 722 allows the positional relationship between the stem 10 and the heat radiation block 720 to be determined, thereby suppressing assembly misalignment.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of an optical semiconductor device 800 according to the fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a perspective view of a heat dissipation block according to the fifth embodiment.
  • Optical semiconductor device 800 differs from optical semiconductor device 500 in the structure of heat dissipation block 820. Other configurations are similar to those of the third embodiment.
  • the step portion of the fourth embodiment is provided in the heat dissipation block of the third embodiment.
  • the heat dissipation block 820 extends from the center of the second surface 12 of the stem 10 and passes between the plurality of lead pins 30 .
  • the heat radiation block 820 has a stepped portion 822 that extends from the third surface 23 toward the stem 10 and comes into contact with the side surface 13 of the stem 10 .
  • the heat radiation block 820 is in contact with the second surface 12 and side surface 13 of the stem 10. Therefore, compared to Embodiment 3, heat can be dissipated more efficiently in this embodiment.
  • the center of the stem 10 near the semiconductor laser 16 contacts the heat radiation block 820, so that heat can be efficiently radiated from the second surface 12 of the stem 10.
  • the contact area between the side surface 13 of the stem 10 and the stepped portion 822 is smaller than in the fourth embodiment. Therefore, the efficiency of heat radiation from the side surface 13 of the stem 10 is higher in the fourth embodiment.
  • the step portion 822 can suppress assembly misalignment.

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Abstract

本開示に係る光半導体装置は、第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有するステムと、前記ステムの前記第１面側に設けられた半導体レーザと、前記ステムを前記第１面から前記第２面に貫通するリードピンと、第３面と、前記第３面と反対側の第４面と、を有し、前記第３面が前記ステムの前記第２面と接触する放熱ブロックと、を備え、前記放熱ブロックには、前記第３面と前記第４面を繋ぐ側面を切り欠き、前記第３面から前記第４面に貫通する溝が形成され、前記溝を形成する前記放熱ブロックの内側面には絶縁膜が設けられ、前記リードピンは前記放熱ブロックの前記溝に挿入される。

Description

光半導体装置
　本開示は、光半導体装置に関する。
　特許文献１には、パッケージベースとキャップとからなるパッケージ内に、レーザが気密封止されたレーザパッケージが開示されている。レーザはパッケージベースに固定される。レーザに駆動電流を供給する給電用配線ピンを含む複数の配線ピンが、パッケージベースから引き出される。パッケージベースの底面には、パッケージベースよりも熱伝導性の高い放熱部材が取り付けられる。放熱部材は、配線ピンが挿通される単数又は複数の挿通孔を有する。
特開２００７－２７４１３号公報
　光素子の高出力化および高速動作化に伴って、パッケージに内蔵される半導体レーザチップ、駆動ＩＣチップ、チップ冷却用ペルチェ素子の発熱量が増加している。発熱量の増加に伴ってレーザチップの温度が上昇すると、光出力低下、高速光信号の劣化、レーザチップの故障を招く恐れがある。
　この解決策として、放熱ブロックをステム側面とレンズキャップ側面に接触させる構成が考えられる。しかし、このような構成では、ステム裏面に放熱ブロックを配置する構成と比較すると放熱経路が長くなり易い。また、放熱ブロックとステムの接触面積を拡大することが困難であり、放熱効率が低くなるおそれがある。特許文献１では、ステム裏面に放熱ブロックを接触させることで、放熱距離を短縮できる。しかし、放熱ブロックに形成した挿通孔にリードピンを貫通させるため、放熱ブロックの取り付け方法または組立順序に制限が生じるおそれがあった。また、挿通孔の位置、寸法、挿通孔内側を覆う絶縁体の形成に、高い加工精度が要求される可能性がある。
　本開示は、容易に製造できる光半導体装置を得ることを目的とする。
　第１の開示に係る光半導体装置は、第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有するステムと、前記ステムの前記第１面側に設けられた半導体レーザと、前記ステムを前記第１面から前記第２面に貫通するリードピンと、第３面と、前記第３面と反対側の第４面と、を有し、前記第３面が前記ステムの前記第２面と接触する放熱ブロックと、を備え、前記放熱ブロックには、前記第３面と前記第４面を繋ぐ側面を切り欠き、前記第３面から前記第４面に貫通する溝が形成され、前記溝を形成する前記放熱ブロックの内側面には絶縁膜が設けられ、前記リードピンは前記放熱ブロックの前記溝に挿入される。
　第２の開示に係る光半導体装置は、第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有するステムと、前記ステムの前記第１面側に設けられた半導体レーザと、前記ステムを前記第１面から前記第２面に貫通する複数のリードピンと、第３面と、前記第３面と反対側の第４面と、を有し、前記第３面が前記ステムの前記第２面と接触する放熱ブロックと、を備え、前記第３面と前記第４面と繋ぐ前記放熱ブロックの側面には、絶縁膜が設けられ、前記放熱ブロックは、前記ステムの前記第２面の中心部から前記複数のリードピンの間を通って延びる。
　第１の開示に係る光半導体装置では、放熱ブロックには、第３面と第４面を繋ぐ側面を切り欠き第３面から第４面に貫通する溝が形成される。リードピンは溝に挿入される。このため、ステムへの放熱ブロックの取り付けが容易になり、光半導体装置を容易に製造できる。
　第２の開示に係る光半導体装置では、放熱ブロックはステムの第２面の中心部から複数のリードピンの間を通って延びる。このため、放熱ブロックに挿通孔を形成する必要がなく、光半導体装置を容易に製造できる。
実施の形態１に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態１に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態１の第１の変形例に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態１の第２の変形例に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態２に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態２に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態３に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態３の変形例に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態４に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態４に係る放熱ブロックの斜視図である。 実施の形態５に係る光半導体装置の断面図である。 実施の形態５に係る放熱ブロックの斜視図である。
　各実施の形態に係る光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
　図１、２は、実施の形態１に係る光半導体装置１００の断面図である。以下では、光半導体装置１００の出射光方向８１に垂直な面をＸＹ平面、出射光方向８１に平行な方向をＺ方向とする。光半導体装置１００は、第１面１１と、第１面１１と反対側の第２面１２と、を有するステム１０を備える。ステム１０の第１面１１側には半導体レーザ１６が設けられる。図１は、ステム１０の中心を通るＹＺ断面図である。図２は図１をＡ－Ｂ直線で切断することで得られるＸＹ断面をステム１０の第２面１２側から見た図である。
　複数のリードピン３０は、ステム１０を第１面１１から第２面１２に貫通する。ステム１０とリードピン３０は、鉄等を含む金属で形成される。ステム１０とリードピン３０は、表面に金メッキが施されていても良い。ステム１０は例えば直径５．６ｍｍ、厚さ１．２ｍｍ程度の円盤形状である。リードピン３０は例えば直径０．４ｍｍである。リードピン３０のうち長さ１５ｍｍ程度の部分が、ステム１０の第２面１２側から引き出されている。ステム１０とリードピン３０の間には、ガラスなどの絶縁材料からなる封止材３２が充填されている。これにより、ステム１０とリードピン３０は電気的に絶縁されている。複数のリードピン３０にはステム１０と電気的に短絡されるものが含まれても良い。
　ステム１０の第１面１１には金属材料から形成される実装ブロック１４が搭載されている。実装ブロック１４にはＺ方向に光が出射されるように半導体レーザ１６が実装されている。半導体レーザ１６は、例えば端面出射型のレーザチップである。半導体レーザ１６は、発光素子であれば面発光レーザまたはＬＥＤであっても良い。また、半導体レーザ１６とリードピン３０は図示しない金ワイヤまたは配線基板等を用いて電気的に接続される。リードピン３０から電流注入を行うことで、半導体レーザ１６を動作させることができる。
　ステム１０の第１面１１には、金属から形成される円筒状の鏡筒３４が溶接されている。鏡筒３４の先端にはガラスレンズ３６が取り付けられる。鏡筒３４とガラスレンズ３６は、実装ブロック１４および半導体レーザ１６を覆い、封止している。
　放熱ブロック２０は、第３面２３と、第３面２３と反対側の第４面２４とを有し、第３面２３がステム１０の第２面１２と接触する。図２において、ステム１０の位置が破線で示されている。放熱ブロック２０は金属から形成される。放熱ブロック２０には、第３面２３と第４面２４を繋ぐ側面２１を切り欠き、第３面２３から第４面２４に貫通する溝２６が形成される。複数のリードピン３０は溝２６に挿入される。溝２６は、放熱ブロック２０がリードピン３０と干渉しないように形成される。図２の例では、放熱ブロック２０の溝２６は矩形であるが、多角形またはU字形等であってもよい。側面２１からの溝２６の深さは、例えば複数のリードピン３０の間隔以上である。ステム１０のうち第２面１２の外周部が、放熱ブロック２０の第３面２３と接している。
　放熱ブロック２０のうち、溝２６を形成する内側面にはポリイミド等の絶縁膜２８が設けられる。これにより、リードピン３０と放熱ブロック２０が接してもリードピン３０と放熱ブロック２０が導通することを抑制できる。
　次に、光半導体装置１００の動作を説明する。リードピン３０を電源に接続して電流注入を行うと、半導体レーザ１６はレーザ発振光を発する。レーザ発振光はガラスレンズ３６を通過し、Ｚ方向へ出射される。このとき半導体レーザ１６では、レーザ発振とともに熱が発生する。この熱は矢印８０で示されるように、熱伝導率の高い実装ブロック１４から、ステム１０を伝って逃げる。このとき、放熱ブロック２０をステム１０の第２面１２と接するように配置することで、短い放熱経路で第２面１２から放熱ブロック２０に向かって熱を逃がすことができる。これにより電流注入時に半導体レーザ１６の温度が過度に上昇することを抑制できる。従って、光出力特性および信頼性の低下を抑制できる。
　一般に、発熱源である半導体レーザ１６の発光点がステム１０の中心付近に位置するように、パッケージは組み立てられることが多い。このため、放熱ブロック２０は、ステム１０の第２面１２の中心に近い領域でステム１０と接すると、放熱効率を向上させることができる。
　次に、実施の形態１に係る光半導体装置１００の効果について説明する。図３は、実施の形態１の第１の変形例に係る光半導体装置２００の断面図である。光半導体装置２００では、放熱ブロック２０の第４面２４側で、リードピン３０にフレキシブル基板４０が接続される。フレキシブル基板４０にはリードピン３０を挿入するための複数の孔が形成されている。また、フレキシブル基板４０は配線パターン等の電気配線を有している。本実施の形態の比較例として、放熱ブロックにリードピン３０の挿通孔が設けられる構造を考える。比較例において放熱ブロックは、ステム１０の第２面１２側からＺ方向に取り付ける必要がある。このため、比較例において放熱ブロックの取り付けは、フレキシブル基板４０をリードピン３０に取り付ける前に行う必要がある。
　一方、実施の形態１に係る放熱ブロック２０は、Ｚ方向およびＸ方向の２方向からステム１０への取り付けが可能である。このため本実施の形態では、フレキシブル基板４０をリードピン３０に取付けた後に、放熱ブロック２０をステム１０に取付けることも可能である。このように本実施の形態では、放熱ブロック２０の取り付け方法または組立順序の自由度を高めることができ、製造工程の柔軟性を向上させることができる。
　また、上述の比較例では、放熱ブロックの挿通孔の寸法または位置がずれると、リードピン３０が曲がるおそれがある。また、放熱ブロックとリードピン３０との干渉により、放熱ブロックの取り付けが不可能となるおそれがある。さらに、直径数ｍｍ程度である挿通孔の内側は絶縁体で覆う必要がある。以上から、高い加工精度が要求され、放熱ブロックの加工コストが上昇する可能性がある。これに対し本実施の形態では、放熱ブロック２０への挿通孔の形成および挿通孔内側への絶縁体の形成の必要がない。このため、高い加工精度が要求されず、製造コストを抑制できる。
　また、本実施の形態ではリードピン３０を溝２６に挿入すれば良いため、放熱ブロック２０とリードピン３０の位置合わせが容易にできる。このため、ステム１０への放熱ブロック２０の取り付けを容易に行うことができる。従って、組立コストを抑制できる。このように本実施の形態では、光半導体装置１００を容易に製造できる。さらに、本実施の形態の放熱ブロック２０は、比較例に係る挿通孔が形成された放熱ブロックよりも少ない金属材料で製造することができる。従って、材料コストを抑制できる。
　図４は、実施の形態１の第２の変形例に係る光半導体装置３００の断面図である。光半導体装置３００は放熱ブロック３２０の構造が光半導体装置１００と異なる。他の構成は光半導体装置１００の構成と同様である。放熱ブロック３２０には、リードピン３０の配置に合わせて複数の溝２６が形成されても良い。光半導体装置３００では光半導体装置１００よりもステム１０と放熱ブロック３２０の接触面積を大きくできる。従って、放熱効率を向上させることができる。
　本実施の形態の放熱ブロック２０および溝２６の形状は、図１から図４に示されるものに限らない。放熱ブロック２０はＺ方向から見て長方形、多角形、円形または楕円形等であっても良い。溝２６は矩形に限らず多角形またはＵ字型等であっても良い。また、リードピン３０の数は限定されない。
　上述した変形は、以下の実施の形態に係る光半導体装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る光半導体装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
　図５、６は、実施の形態２に係る光半導体装置４００の断面図である。図５はステム１０の中心を通るＹＺ断面図である。図６は図５をＣ－Ｄ直線で切断することで得られるＸＹ断面をステム１０の第２面１２側から見た図である。光半導体装置４００は、放熱ブロック４２０の構造が光半導体装置１００と異なる。他の構成は光半導体装置１００の構成と同様である。放熱ブロック４２０の側面２１において、溝２６はＹ方向が深さ方向となるように形成されている。つまり、溝２６はＹ軸負方向に向かって開口している。
　一般に、半導体レーザ１６はステム１０のＸＹ平面の中心から光が出射するように配置される。このため、半導体レーザ１６を載せる実装ブロック１４はステム１０の中心から偏った位置に配置されることが多い。本実施の形態においても、半導体レーザ１６が搭載された実装ブロック１４は、ステム１０の第１面１１のうち、ステム１０の中心から一方の側に偏った位置に設けられる。一方の側は、図５においてはＹ軸正方向である。
　放熱ブロック４２０の溝２６の底部は、一方の側、つまりＹ軸正方向側に設けられる。これにより、放熱ブロック４２０の溝２６の底部と、実装ブロック１４との距離を縮小できる。本実施の形態では、ステム１０の第２面１２と放熱ブロック４２０の接触部分が、実装ブロック１４に近づくため、矢印８２に示されるように半導体レーザ１６から放熱ブロック４２０までの放熱経路を短縮できる。従って、放熱効率を向上させることができる。
実施の形態３．
　図７、８は、実施の形態３に係る光半導体装置５００の断面図である。光半導体装置５００は放熱ブロック５２０の構造が光半導体装置１００と異なる。他の構成は、実施の形態１の構成と同様である。図７はステム１０の中心を通るＹＺ断面図である。図８は図７をＥ－Ｆ直線で切断することで得られるＸＹ断面をステム１０の第２面１２側から見た図である。
　実施の形態１と同様に、放熱ブロック５２０の第３面２３はステム１０の第２面１２と接触している。放熱ブロック５２０は、例えば複数のリードピン３０の間を縫ってステム１０の第２面１２の中心部に配置可能な形状である。つまり放熱ブロック５２０は、ステム１０の第２面１２の中心部から複数のリードピン３０の間を通って延びる。放熱ブロック５２０は例えば直方体である。つまり放熱ブロック５２０は、第２面１２と垂直な方向から見て長方形である。
　第３面２３と第４面２４と繋ぐ放熱ブロック５２０の側面２１には、ポリイミド等の絶縁膜２８が設けられる。絶縁膜２８はリードピン３０と放熱ブロック５２０の導通を防ぐために設けられる。絶縁膜２８は側面２１のうちリードピン３０と対向する面に設けられれば良い。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。つまり、光半導体装置１００を容易に製造でき、材料コストを抑制できる。さらに本実施の形態では、放熱ブロック５２０に溝加工をする必要がない。このため、加工コストを抑制できる。また、本実施の形態ではステム１０の中心部に放熱ブロック５２０を配置可能であるため、矢印８３で示されるように半導体レーザ１６から放熱ブロック５２０までの放熱経路を短縮できる。従って、効率よく熱を逃がすことができる。
　放熱ブロック５２０は、リードピン３０と干渉しない形状であれば良く、円柱形状または凹凸を持つ形状であっても良い。放熱ブロック５２０は実装ブロック１４の直下に配置されても良い。図９は、実施の形態３の変形例に係る光半導体装置６００の断面図である。光半導体装置６００は放熱ブロック６２０を備える。放熱ブロック６２０は、第２面１２と垂直な方向から見て十字型である。放熱ブロック６２０では、放熱ブロック５２０よりもステム１０と放熱ブロック６２０の接触面積を拡大できる。このため、放熱効率を向上させることができる。一方、放熱ブロック６２０はステム１０にＺ方向からしか取り付けることができない。このため、実施の形態１に比べて製造工程に制限が生じる。
　実施の形態１と同様に、放熱ブロック５２０の第４面２４側で複数のリードピン３０にフレキシブル基板４０が接続されても良い。
実施の形態４．
　図１０は、実施の形態４に係る光半導体装置７００の断面図である。図１１は、実施の形態４に係る放熱ブロック７２０の斜視図である。光半導体装置７００は放熱ブロック７２０の構造が光半導体装置１００と異なる。他の構成は、実施の形態１の構成と同様である。放熱ブロック７２０は例えばＺ方向から見て半円形である。放熱ブロック７２０には、放熱ブロック２０と同様にリードピン３０を通す溝２６が形成されている。さらに放熱ブロック７２０は、第３面２３からステム１０側に延び、ステム１０の第１面１１と第２面１２とを繋ぐ側面１３と接触する段差部７２２を有する。段差部７２２は第３面２３からの高さｄを有する。
　本実施の形態においても、実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、放熱ブロック７２０は、ステム１０の第２面１２および側面１３と接する。このため矢印８４に示されるように、ステム１０側面から放熱ブロック７２０に至る放熱経路が追加されるため、より効率よく熱を逃がすことができる。高さｄがステム１０の厚さ以上のときに、段差部７２２とステム１０の側面１３との接触面積が最大となり、放熱性も最大化される。しかし、高さｄがステム１０の厚さより小さくても一定の放熱性は得られる。また、段差部７２２は組立用ガイドとしても機能する。段差部７２２により、ステム１０と放熱ブロック７２０の位置関係を決定することができ、組立ズレを抑制できる。
実施の形態５．
　図１２は、実施の形態５に係る光半導体装置８００の断面図である。図１３は、実施の形態５に係る放熱ブロックの斜視図である。光半導体装置８００は放熱ブロック８２０の構造が光半導体装置５００と異なる。他の構成は、実施の形態３の構成と同様である。本実施の形態では、実施の形態３の放熱ブロックに実施の形態４の段差部が設けられている。放熱ブロック８２０は、ステム１０の第２面１２の中心部から複数のリードピン３０の間を通って延びる。放熱ブロック８２０は、第３面２３からステム１０側に延び、ステム１０の側面１３と接触する段差部８２２を有する。
　放熱ブロック８２０は、ステム１０の第２面１２および側面１３と接する。このため実施の形態３と比較すると、本実施の形態では効率よく熱を逃がすことができる。実施の形態４と比較すると、本実施の形態では半導体レーザ１６に近いステム１０の中心部が放熱ブロック８２０と接触するため、ステム１０の第２面１２からは効率よく放熱することができる。一方、実施の形態４と比較して、本実施の形態ではステム１０の側面１３と段差部８２２の接触面積が小さい。このため、ステム１０の側面１３からの放熱効率は、実施の形態４の方が高い。また、実施の形態４と同様に、本実施の形態では段差部８２２により組立ズレを抑制できる。
　各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。
　１０　ステム、１１　第１面、１２　第２面、１３　側面、１４　実装ブロック、１６　半導体レーザ、２０　放熱ブロック、２１　側面、２３　第３面、２４　第４面、２６　溝、２８　絶縁膜、３０　リードピン、３２　封止材、３４　鏡筒、３６　ガラスレンズ、４０　フレキシブル基板、１００　光半導体装置、２００　光半導体装置、３００　光半導体装置、３２０　放熱ブロック、４００　光半導体装置、４２０　放熱ブロック、５００　光半導体装置、５２０　放熱ブロック、６００　光半導体装置、６２０　放熱ブロック、７００　光半導体装置、７２０　放熱ブロック、７２２　段差部、８００　光半導体装置、８２０　放熱ブロック、８２２　段差部

Claims (10)

  1. 　第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有するステムと、
    　前記ステムの前記第１面側に設けられた半導体レーザと、
    　前記ステムを前記第１面から前記第２面に貫通するリードピンと、
    　第３面と、前記第３面と反対側の第４面と、を有し、前記第３面が前記ステムの前記第２面と接触する放熱ブロックと、
    　を備え、
    　前記放熱ブロックには、前記第３面と前記第４面を繋ぐ側面を切り欠き、前記第３面から前記第４面に貫通する溝が形成され、
    　前記溝を形成する前記放熱ブロックの内側面には絶縁膜が設けられ、
    　前記リードピンは前記放熱ブロックの前記溝に挿入されることを特徴とする光半導体装置。
  2. 　前記第１面のうち前記ステムの中心から一方の側に偏った位置に設けられ、前記半導体レーザが搭載された実装ブロックを備え、
    　前記溝の底部は前記一方の側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
  3. 　前記放熱ブロックには複数の前記溝が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体装置。
  4. 　前記放熱ブロックは、前記第３面から前記ステム側に延び、前記ステムの前記第１面と前記第２面とを繋ぐ側面と接触する段差部を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の光半導体装置。
  5. 　前記放熱ブロックの前記第４面側で前記リードピンに接続されるフレキシブル基板を備えることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の光半導体装置。
  6. 　第１面と、前記第１面と反対側の第２面と、を有するステムと、
    　前記ステムの前記第１面側に設けられた半導体レーザと、
    　前記ステムを前記第１面から前記第２面に貫通する複数のリードピンと、
    　第３面と、前記第３面と反対側の第４面と、を有し、前記第３面が前記ステムの前記第２面と接触する放熱ブロックと、
    　を備え、
    　前記第３面と前記第４面と繋ぐ前記放熱ブロックの側面には、絶縁膜が設けられ、
    　前記放熱ブロックは、前記ステムの前記第２面の中心部から前記複数のリードピンの間を通って延びることを特徴とする光半導体装置。
  7. 　前記放熱ブロックは、前記第２面と垂直な方向から見て長方形であることを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置。
  8. 　前記放熱ブロックは、前記第２面と垂直な方向から見て十字型であることを特徴とする請求項６に記載の光半導体装置。
  9. 　前記放熱ブロックは、前記第３面から前記ステム側に延び、前記ステムの前記第１面と前記第２面を繋ぐ側面と接触する段差部を有することを特徴とする請求項６から８の何れか１項に記載の光半導体装置。
  10. 　前記放熱ブロックの前記第４面側で前記複数のリードピンに接続されるフレキシブル基板を備えることを特徴とする請求項６から９の何れか１項に記載の光半導体装置。
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