JP3045913B2 - 半導体レーザ装置とその製造方法 - Google Patents

半導体レーザ装置とその製造方法

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JP3045913B2
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明 上野
昭男 吉川
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    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
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    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理、光計測お
よび光通信等の分野において使用される半導体レーザ装
置とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のテレビジョン信号を記録再生する
ための磁気ヘッドによるビデオテープ方式に対して、光
学ヘッドを使用し、情報を含む媒体上に収束した光ビー
ムを照射し、媒体から反射された光を検出して媒体の情
報内容を映像や音として再生する光ディスク方式の普及
が最近著しくなってきた。媒体としてはオーディオ分野
ではコンパクトディスク、ビデオ分野ではレーザディス
クがよく知られており、光ディスクから情報を読み出す
ために光学ヘッドとして半導体レーザ装置を用いた光ピ
ックアップ装置が用いられる。これらの半導体レーザ応
用による光記録再生技術は大型のコンピュータネットワ
ーク、またはパーソナルコンピュータにおけるデータ記
憶にも適用できるものとしていわゆるマルチメディヤと
呼ばれる高度情報社会の中枢を担う技術として発展しつ
つある。
【0003】図5はその光ピックアップ装置の一例の構
成を示すものであり、図において1は光ディスク、2は
対物レンズ、3は対物レンズ2を動かすアクチュエー
タ、4は反射鏡、5はビームスプリッタ、6は3ビーム
発生グレーティング、7は半導体レーザ、8は受光素
子、9はレーザ出射光、10は光ディスク1により変調
され反射されて戻ってきた信号光である。上述のように
従来の光ピックアップ装置では半導体レーザ7、3ビー
ム発生グレーティング6、ビームスプリッタ5、受光素
子8、反射鏡4および対物レンズ2がそれぞれ別個の部
品から構成されており、部品点数が多く、かつコストが
高くなるという課題があった。
【0004】この課題を改善するために発明者らは、図
6に示すように上述した別個の部品類を集積化し、一体
化して長期信頼性および量産性に優れた半導体レーザ装
置および光ピックアップ装置を提案した。図6におい
て、11は図5における半導体レーザ7、3ビーム発生
グレーティング6、ビームスプリッタ5、受光素子8を
一体に集積化し、ホログラム素子等の光学部品12を備
えた半導体レーザ装置である。
【0005】つぎにこの光学部品12を備えた半導体レ
ーザ装置11の詳細な構造を図7に示す。図7におい
て、13は半導体レーザチップ、14はシリコン基板等
よりなる放熱板、14aは放熱板14の一部に形成され
た受光素子、15は枠体、16は外部リード、17は半
導体レーザチップ13より発生したレーザ出射光、18
は保護板、19は保護板18および枠体15で構成され
る樹脂パッケージである。
【0006】上記構成において、半導体レーザチップ1
3は枠体15および保護板18よりなる中空の樹脂パッ
ケージ19内に収められ、その上部開口面に光学部品1
2を接着剤120によって固定し、外部からの湿気の浸
入を防止している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の半導体レーザ装置では、光学部品12と枠体15とが
図7に見られるように接着剤120によって平面的に接
着されているためにその接着面の距離が短く、外部から
水分や湿気が浸入するおそれがあった。図8は従来の構
造を有する半導体レーザ装置を温度60℃、相対湿度9
0%の環境下において保存した場合の受光素子14aの
暗電流(リーク電流)の時間経過を測定した一例を示し
たものである。図8に示すように、このような従来の構
造では受光素子14aの特性が劣化しやすいという課題
があった。
【0008】本発明は上記課題を解決するものであり、
長期信頼性に優れた半導体レーザ装置とその製造方法を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体レーザ装置は、主として半導体レー
ザチップと、同半導体レーザチップを内部に収納する枠
体と保護板とよりなる樹脂パッケージと、同樹脂パッケ
ージの上面に設けられた光学部品とからなる半導体レー
ザ装置であって、前記枠体の上面内周部に前記光学部品
の厚みより小さい段差を有する切り欠き部を設け、少な
くとも同切り欠き部の側面と前記光学部品の側面の間は
第1の接着剤で接合され、前記光学部品の側面から前記
枠体の上面にわたっては第2の接着剤で接合されている
ものである。また、本発明の半導体レーザ装置は、主と
して半導体レーザチップと、同半導体レーザチップを内
部に収納する枠体と保護板とよりなる樹脂パッケージ
と、同樹脂パッケージの上面に設けられた凸状脚部を有
する光学部品とからなる半導体レーザ装置であって、前
記枠体の周囲上面部に堀状溝が設けられ、同堀状溝と前
記光学部品の凸状脚部が嵌合され、前記堀状溝と前記
状脚部すべての間は第1の接着剤で接合し、前記光学
部品の側面から前記枠体の上面にわたっては第2の接着
剤で接合されているものである。さらに、本発明の半導
体レーザ装置の製造方法は、枠体と保護板とよりなる樹
脂パッケージ内に半導体基板を設置し、前記半導体基板
の上に半導体レーザチップを設け、同半導体チップと外
部リードとの配線処理を行った後、前記枠体の上面部に
設けられた切り欠き部または凹部に第1の接着剤を充填
し、前記切り欠き部の厚さよりも大きい厚さの光学部品
の一部を前記切り欠き部に、または光学部品に形成され
た凸状脚部を前記凹部に嵌合させて、前記切り欠き部ま
たは前記凹部と前記光学部品との間に備えられたクリア
ランスにより前記半導体チップに対する前記光学部品の
位置調整を行った後硬化接着し、つぎに第2の接着剤を
前記光学部品の側面から前記枠体の上面にわたって充填
し、硬化接着させるものである。
【0010】
【作用】したがって本発明によれば、枠体に凹部または
堀状溝を設け、まずその凹部または堀状溝に第1の接着
剤を充填して光学部品を嵌合させ、凹部または堀状溝に
備えられたクリアランスにより半導体レーザチップに対
する光学部品の位置調整を行うことができるのできわめ
て正確な位置調整を容易に行うことができる。また第2
の接着剤としてきわめて耐湿性、耐水性および強固な接
着力を有する気密用接着剤を用いることにより、長期信
頼性に優れた半導体レーザ装置を得ることができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例における半導体レー
ザ装置とその製造方法について、図1〜図4を参照しな
がら説明する。なお、図6および図7に示した装置の構
成要素と対応する要素には同じ符号を付した。
【0012】図1は本発明の第1の実施例を示すもので
あり、その構造が図7に示す従来例と異なる点は、図1
からも明らかなように、樹脂パッケージ19を構成する
枠体15に凹部20を設け、厚みが凹部20の段差より
大きい光学部品12を凹部20に挿入し、凹部20の平
坦部および側壁部で枠体15と光学部品12とを接着固
定したことにある。
【0013】また、ホログラムパターン(図示せず)等
をその片面または両面に備える光学部品12と枠体15
とを、第1の接着剤21と第2の接着剤22とによっ
て、それぞれ別工程において三次元的に接合しているこ
とにある。
【0014】つぎに、第1の実施例の半導体レーザ装置
11の製造方法の概略について説明する。
【0015】上面に外部リード等が形成された保護板1
8と凹部20が形成された枠体15は樹脂パッケージ1
9として一体にモールド成形され、そのほぼ中央に一部
に受光素子14aが形成されかつヒートシンクの機能を
有するシリコン基板等の放熱板14を設置し、その上面
に半導体レーザチップ13をダイボンドする。つぎに半
導体レーザチップ13や信号光を受光する受光素子14
aと外部リード16との配線処理を行ったのち、枠体1
5の凹部20の部分にアクリル樹脂等よりなる紫外線硬
化型の第1の接着剤21を少量塗布し、光学部品12を
凹部20にはめ込み位置制御装置により半導体レーザチ
ップ13と光学部品12の位置合わせを行う。このと
き、光学部品12と枠体15との間には適当なクリアラ
ンスが生じるように凹部20を設けてあるため、正確な
位置合わせが可能となる。また、位置合わせ工程中に光
学部品12の下端周辺と凹部20は第1の接着剤によっ
て隙間なく埋められ、紫外線を照射することにより硬化
し、接着、固定される。ついで、光学部品12の側面か
ら枠体15の上面にかけて熱硬化性または常温硬化性の
エポキシ接着剤等よりなる第2の接着剤22を充填し、
硬化することによって、光学部品12と樹脂パッケージ
19は気密な中空部23をその内部に形成し、両者の接
着面が2種類の接着剤によって三次元的に接着されてい
るため、半導体レーザチップ13および受光素子14a
を湿度や水分等の外部環境から保護することができる。
【0016】つぎに本発明の第2の実施例について説明
する。図2は第2の実施例における半導体レーザ装置を
示すものであり、第1の実施例と相違する点は第1の実
施例における凹部20に代えて枠体15に堀状溝24を
設け、光学部品12の周囲に枠体15の堀状溝24に嵌
合するように凸部25を設けた点である。
【0017】第2の実施例の製造方法は第1の実施例の
場合とほぼ同様であるが、まず枠体15の堀状溝24に
第1の接着剤21を少量充填し、ついで光学部品12の
凸部25を堀状溝24に嵌合させ、その間に生じたクリ
アランスを利用して位置制御装置により半導体レーザチ
ップ13と光学部品12との位置合わせを行う。そのあ
と紫外線を照射して、第1の接着剤21を硬化させ、第
2の接着剤22を光学部品12の周囲側面と枠体15の
上面にかけて充填し、硬化させて、光学部品12と樹脂
パッケージ19との間に気密な中空部23を形成する。
【0018】第2の実施例の場合、第1の接着剤21が
形成する接着沿面距離が長く、かつ複雑な三次元構造を
形成しているため、その気密性がさらに高いものとな
り、半導体レーザチップ13を湿度や水分等の外部環境
から完全に保護することができる。
【0019】なお、本発明において第1の接着剤にアク
リル樹脂等の紫外線硬化型接着剤を使用したのは、半導
体レーザチップ13に対する光学部品12の位置制御中
に加熱や接着剤の粘度上昇などが好ましくなく、位置合
わせ終了後は紫外線により迅速に硬化させるためであ
り、この目的が達成されるならばアクリル樹脂以外の接
着剤を用いることも可能である。したがって、第1の接
着剤21は光学部品12の位置合わせ後の固定が主たる
目的であるが、外部環境から半導体レーザチップ13を
保護する耐湿性と気密性を備えることも重要である。ま
た、エポキシ樹脂等よりなる第2の接着剤22について
は、樹脂パッケージ19と光学部品12とによる中空部
23の気密性を保持することがきわめて重要であり、樹
脂パッケージ19と光学部品12の構成材料に適した材
質の第2の接着剤22が選択されなければならない。
【0020】つぎに、本発明の第1の実施例および第2
の実施例の半導体レーザ装置を温度60℃、相対湿度9
0%の環境下において保存した場合の、受光素子14a
の暗電流(リーク電流)の時間経過を測定した結果の一
例を、図3および図4にそれぞれ示す。図8に示す従来
の半導体レーザ装置の信頼性試験結果に比較し、いずれ
も受光素子14aのリーク電流の増大は見られず、長期
信頼性が大幅に向上していることがわかる。
【0021】このように、上記実施例によれば、樹脂パ
ッケージ19を構成する枠体15に凹部20または堀状
溝24を設け、光学部品12を第1の接着剤21と第2
の接着剤22とによって接着しているために、中空部2
3の気密性が高くなり、半導体レーザチップ13および
受光素子14aの特性の信頼性を大幅に向上させること
ができる。
【0022】
【発明の効果】本発明は、主として半導体レーザチップ
と、半導体レーザチップを内部に収納する枠体と保護板
とよりなる樹脂パッケージと、その樹脂パッケージの上
面に接着剤を介して設けられた光学部品とからなる半導
体レーザ装置であって、枠体に凹部または堀状溝を設け
ることにより枠体と光学部品が三次元的な接合面を構成
するものであり、きわめて長期信頼性に優れた半導体レ
ーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例における半導体レーザ装
置の断面図
【図2】同第2の実施例における半導体レーザ装置の断
面図
【図3】同第1の実施例の半導体レーザ装置の信頼性を
測定した特性図
【図4】同第2の実施例の半導体レーザ装置の信頼性を
測定した特性図
【図5】従来の光ピックアップ装置の概略構成図
【図6】改善された従来の光ピックアップ装置の概略構
成図
【図7】従来の半導体レーザ装置の断面図
【図8】従来の半導体レーザ装置の信頼性を測定した特
性図
【符号の説明】
12 光学部品 13 半導体レーザチップ 15 枠体 18 保護板 19 樹脂パッケージ 20 凹部 21 第1の接着剤 22 第2の接着剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 昭男 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工 業株式会社内 (72)発明者 太田 一成 大阪府高槻市幸町1番1号 松下電子工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−48446(JP,A) 実開 昭63−153539(JP,U) 実開 昭62−37935(JP,U) 実開 昭61−199052(JP,U) 実開 昭63−185240(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主として半導体レーザチップと、同半導
    体レーザチップを内部に収納する枠体と保護板とよりな
    る樹脂パッケージと、同樹脂パッケージの上面に設けら
    れた光学部品とからなる半導体レーザ装置であって、前
    記枠体の上面内周部に前記光学部品の厚みより小さい段
    差を有する切り欠き部を設け、少なくとも同切り欠き部
    の側面と前記光学部品の側面の間は第1の接着剤で接合
    され、前記光学部品の側面から前記枠体の上面にわたっ
    ては第2の接着剤で接合されていることを特徴とする半
    導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 主として半導体レーザチップと、同半導
    体レーザチップを内部に収納する枠体と保護板とよりな
    る樹脂パッケージと、同樹脂パッケージの上面に設けら
    れた凸状脚部を有する光学部品とからなる半導体レーザ
    装置であって、前記枠体の周囲上面部に堀状溝が設けら
    れ、同堀状溝と前記光学部品の凸状脚部が嵌合され、前
    記堀状溝と前記凸状脚部すべての間は第1の接着剤で
    接合し、前記光学部品の側面から前記枠体の上面にわた
    っては第2の接着剤で接合されていることを特徴とする
    半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 枠体と保護板とよりなる樹脂パッケージ
    内に半導体基板を設置し、前記半導体基板の上に半導体
    レーザチップを設け、同半導体チップと外部リードとの
    配線処理を行った後、前記枠体の上面部に設けられた切
    り欠き部または凹部に第1の接着剤を充填し、前記切り
    欠き部の厚さよりも大きい厚さの光学部品の一部を前記
    切り欠き部に、または光学部品に形成された凸状脚部を
    前記凹部に嵌合させて、前記切り欠き部または前記凹部
    と前記光学部品との間に備えられたクリアランスにより
    前記半導体チップに対する前記光学部品の位置調整を行
    った後硬化接着し、つぎに第2の接着剤を前記光学部品
    の側面から前記枠体の上面にわたって充填し、硬化接着
    させる半導体レーザ装置の製造方法。
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