DE3023706C2

DE3023706C2 - Halbleiterlaserbauelement

Info

Publication number: DE3023706C2
Application number: DE3023706A
Authority: DE
Inventors: Antonius Adrianus Marius van Eindhoven Alem; Johan Christiaan Jacobus Eindhoven Finck; Peter Wilhelmus Maria van de Nijmegen Water
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-06-26
Filing date: 1980-06-25
Publication date: 1987-02-26
Also published as: AU523568B2; FR2465335A1; AU5951180A; JPS571914B2; IT1131636B; BE883986A; CA1152626A; ES8103501A1; ES492751A0; US4351051A; NL181963C; GB2052140B; NL181963B; JPS566494A; FR2465335B1; IT8022937A0; CH648156A5; DE3023706A1; GB2052140A; NL7904954A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterlaserbauelement entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein Bauelement dieser Art ist aus der DE-OS 26 04 788 bekannt.
Halbleiterlaserbauelemente werden in nächster Zukunft vielfach Anwendung finden. Wichtige Anwendungsgebiete sind: optische Kommunikation und optische Abtastung von Aufzeichnungsträgern, die mit optisch auslesbaren Informationsstrukturen versehen sind, sowohl für Video- als auch für Audiozwecke. Das Bauelement nach der Erfindung eignet sich in erster Linie zur Anwendung bei der optischen Abtastung von Aufzeichnungsträgern.
Bei dem aus der DE-OS 26 04 788 bekannten Halbleiterlaserbauelement befinden sich das Halbleiterlaserbauelement und die Photodiode auf einem gemeinsamen Träger. Das Halbleiterlaserbauelement wird in einem Gerät mittels eines Gewindebolzens befestigt, der zugleich eine Erdleitung bildet. Für eine einwandfreie elektrische Kontaktierung ist dann ein bestimmter Anpreßdruck nötig. Dies führt unter Umständen dazu, daß das Bauelement nicht mehr einwandfrei justierbar ist. Ferner hat eine Gewindeverbindung ein relativ großes Spiel und eine genaue Justierung ist auch aus diesem Grund nicht möglich. Die Positionierung des Lasers muß also beim Einbau und auch beim Austausch sehr genau kontrolliert werden.
Aus der DE-OS 27 41 700 ist ein Halbleiterlaserbauelement mit einem einzigen, durch den Boden geführten Anschlußdraht bekannt. Der zweite Anschlußleiter ist dann, wie üblich, der Kühlkörper, auf dem das Laserelement montiert ist. Zur kräftigen Montierung wird die Unterseite des Kühlkörpers mit Löchern versehen sein müssen, durch die mit Hilfe von Bolzen das Bauelement mit einem Gerät verschraubt werden kann. Auch hier treten große Probleme bei der Justierung auf.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Halbleiterlaserbauelement nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß ein solches Bauelement unter Beibehaltung der Laserstrahlungsausrichtung einfach montiert und ausgewechselt werden kann, wobei für das Gehäuse einfache und billige Einzelteile verwendet werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Montageblock erfüllt eine Mehrfach-Funktion. Er wirkt als Träger für das Laserelement und kann aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt werden, so daß eine schnelle Ableitung der vom Laser entwickelten Wärme sichergestellt ist. Die Lage der Befestigungsfläche und damit die Lage der optischen Achse des Laserelements ist in bezug auf den Montageblock eindeutig festgelegt. Eine richtige Einstellung in einem Gerät, z. B. bei Anwendung für optische Abtastung von Aufzeichnungsträgern, kann daher ohne Schwierigkeiten stattfinden. Da das Bauelement eine gesonderte Erdleitung hat, braucht der Montageblock nicht als Masseanschluß zu dienen, und ermöglicht so eine sehr genaue Positionierung. Der Montageblock ermöglicht es weiter, unter Verwendung eines einfachen und auf billige Weise herzustellenden Sockels eine leicht montierbare, hermetisch verschließbare Umhüllung zu erhalten. Da die Lage der optischen Achse des Laserelements durch den Montageblock bestimmt wird, brauchen an die Genauigkeit des Sockels und des Gehäuses keine Anforderungen gestellt zu werden.
Ein Ausführungsbeispiel eines Halbleiterlaserbauelements nach der Erfindung wird anhand der Zeichnung im folgenden näher beschrieben
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Halbleiterlaserbauelement nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf dieses Bauelement ohne Kappe, und
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 2.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform eines Halbleiterlaserbauelements nach der Erfindung. Das Bauelement enthält einen Montageblock 1, der vorzugsweise aus Kupfer besteht. Der Montageblock ist im wesentlichen ringförmig gestaltet. Er weist auf der Oberseite einen sektorförmigen Trägerteil 2 für ein Halbleiterlaserelement 3 auf. Das Laserelement 3 ist mit einem seiner Kontakte auf der Befestigungsfläche 4 angebracht. Die Befestigungfläche 4 reicht bis zu der Mittelachse A des Montageblocks 1.
Bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist auf der Unterseite des Montageblocks 1 eine Aussparung 5 vorgesehen. In dieser Aussparung ist ein Schweißring 6 angebracht. Der Schweißring 6 kann aus vernickeltem Stahl bestehen und ist mit Hilfe eines Hartlots am Montageblock befestigt. In der Mittelhöhlung 7 des Montageblocks ist ein Sockel 8 angebracht. Der Sockel 8 kann eine abgewandelte Ausführung des Sockels einer standardisierten Transistorumhüllung, z. B. vom Typ TO 18, sein. Der Sockel 8 enthält eine Metallkappe 9 aus einer Eisen-Nickel-Kobaltlegierung und ist mit Glas 10 gefüllt. Im Sockel 8 sind eine Anzahl gegeneinander isolierter Anschlußleiter angeordnet. Bei der dargestellten Ausführungsform sind drei Leiter gezeigt; nötigenfalls kann diese Anzahl größer gewählt werden. Der Flansch 18 der Metallkappe 9 ist durch Widerstandsschweißen mit dem Schweißring 6 verbunden.
Der Leiter 11 ist mit der Metallkappe 9 verbunden und kann somit einen Erdkontakt bilden. Die Anschlußleiter 12 und 13 sind isolierend durch die Metallkappe 9 geführt. Das Ende des Anschlußleiters 12 ist mit Hilfe eines Drahtes 14 elektrisch mit einem der Kontakte der Laserelemente 3 verbunden. Auf dem Sockel 8 ist eine Photodiode 16 angeordnet. Einer der Kontakte der Photodiode 16 ist elektrisch leitend mit der Metallkappe 9 und somit mit dem Anschlußleiter 11 verbunden. Der andere Kontakt ist mit Hilfe eines Drahtes 15 mit dem Anschlußleiter 13 verbunden. Die Photodiode 16 ist derart angeordnet, daß die vom Laserelement 3 stammende Laserstrahlung die Photodiode 16 treffen wird. Um zu vermeiden, daß die Laserstrahlung wieder von der Photodiode reflektiert wird, schließt die Befestigungsfläche 17 der Photodiode 16 einen Winkel von 8 bis 10° mit der oberen Fläche des Sockels 8 ein.
Auf dem Montageblock ist ein weiterer Schweißring 19 festgelötet. An diesem Schweißring ist ein kappenförmiges Gehäuse 20 festgeschweißt, so daß das Laserelement 3 und die Photodiode 16 luftdicht umschlossen sind. Das Gehäuse 20 enthält einen Kolbenteil 21, z. B. aus Nickeleisen. In dem Kolbenteil ist eine Öffnung 22 vorgesehen. Die Öffnung 22 ist mittels eines lichtdurchlässigen Fensters 23 aus Glas verschlossen. Es wird eine verhältnismäßig dünne Glasplatte, z. B. ein Mikroskopglas von 0,17 mm, gewählt. Bei einer derartigen dünnen Glasplatte braucht an die Planparallelität keine besondere Anforderung gestellt zu werden; es tritt keine Parallaxe auf und die Befestigung führt keine optischen Änderungen herbei. Die Verbindung zwischen dem Fenster 23 und dem Kolbenteil 21 wird vorzugsweise dadurch erhalten, daß ein Ring aus einem Metall zwischengefügt wird und dann die Teile bei erhöhter Temperatur gegeneinander gedrückt werden. Ein Ring aus Aluminium hat sich als besonders geeignet erwiesen. Bei einer Temperatur von etwa 400°C wird eine luftdichte Wärme-Druckverbindung erhalten. Ein weiteres geeignetes Metall ist Indium; die Wärme-Druckverbindung wird dann bei einer Temperatur von etwa 120°C hergestellt. Die Glasplatte ist für das vom Laserelement 3 emittierte Licht durchlässig.
Der Montageblock 1 bildet einen wesentlichen Teil der dargestellten luftdichten Umhüllung. Die Außenumfangsfläche 24 wird sehr genau bearbeitet und die Lage der Befestigungsfläche 4 für das Laserelement wird sehr genau in bezug auf die Außenumfangsfläche 24 festgelegt. Die Außenumfangsfläche 24 bildet dann den Referenz- oder Einstellrand für das Bauelement. Erwünschtenfalls kann der Montageblock auch mit anderen Positionierungsmitteln versehen werden. Die Lage der optischen Achse A des Laserelements liegt in bezug auf den Referenzrand genau fest. Die Genauigkeit des weiteren Teiles des Montageblocks und die Genauigkeit sowohl des Sockels als auch des Gehäuses spielen keine Rolle bei genauer Positionierung des Lasers. Diese Elemente können also billig ausgeführt werden. Der Montageblock sichert eine sehr gute Wärmeableitung, was für die Lebensdauer des Laserelements wichtig ist.

Claims

1. Halbleiterlaserbauelement mit

a) einem ringförmigen Montageblock (1) eines Metalls guter Wärmeleitfähigkeit, der mit einem sich zur Mittelachse (A) des ringförmigen Montageblocks (1) erstreckenden sektorförmigen Trägerteile (2) versehen ist, wobei das Trägerteil (2) eine durch die Mittelachse (A) gehende Befestigungsfläche (4) aufweist, auf der ein Halbleiterlaserelement (3) befestigt ist,

b) einem mit gegeneinander elektrisch isolierten Anschlußleitern (11, 12, 13) versehenen Sockel (8),

c) einem auf der dem Halbleiterlaserelement (3) zugewandten Seite des Montageblocks (1) an diesem befestigten kappenförmigen Gehäuse (20), das an seiner Stirnseite mit einem für die vom Halbleiterlaserelement (3) emittierte Laserstrahlung durchlässigen Fenster (23) versehen ist,

d) einer Photodiode (16) im Innern des Gehäuses (20) zur Überwachung der vom Halbleiterlaserelement (3) emittierten Laserstrahlung, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

e) die Außenumfangsfläche (24) des Montageblocks (1) ist so ausgebildet, daß sie als Referenz- oder Einstellrand dient, um beim Einbau der fertigen Halbleiterlaserbauelemente in ein Gerät eine vorgegebene Lage der Befestigungsfläche (4) zu ermöglichen,

f) der Sockel (8) ist an der dem Halbleiterlaserelement (3) zugewandten Fläche des Montageblocks (1) befestigt,

g) die Photodiode (16) ist auf der dem Halbleiterlaserelement (3) zugewandten Fläche des Sockels (8) befestigt,

h) der Sockel (8) ist mit einem weiteren, als Erdleiter dienenden Anschlußleiter (11) versehen.

2. Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sockel (8) aus einer mit Glas (10) gefüllten Metallkappe (9) besteht, in der in gegenseitiger Isolierung die Anschlußleiter (11, 12, 13) angeordnet sind, wobei die Metallkappe (9) einen Flansch (18) aufweist, der am Montageblock (1) befestigt ist.

3. Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Montageblock (1) kreisringförmig gestaltet ist und sein Außendurchmesser größer ist als die Abmessungen des Sockels (8) und des kappenförmigen Gehäuses (20).

4. Halbleiterlaserbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fenster (23) mittels eines zwischengefügten Metallringes mit einer Wärme-Druck-Verbindung an dem Gehäuse (20) befestigt ist.

5. Halbleiterlaserbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodiode (16) auf der oberen Fläche der Metallkappe (9) des Sockels (8) befestigt ist und daß die Befestigungsfläche (17) für die Photodiode (16) einen Winkel von 8° bis 10° mit der oberen Fläche einschließt.