JPH1056238A - 半導体レーザ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】端面破壊防止層と封止樹脂の界面での剥離や割
れ発生がなく、安定した電気的、光学的特性の樹脂封止
タイプの半導体レーザ装置およびその製造方法を提供す
る。 【解決手段】レーザダイオードチップ１がモニター用フ
ォトダイオードを内蔵するサブマウント２を介して金属
製の主板３上に固着され、前記レーザダイオードチップ
１はその発光端面近傍の封止樹脂６のレーザ光による破
壊を防止する端面破壊防止層５により被覆され、さらに
レーザダイオードチップ１、サブマウント２、端面破壊
防止層５および前記主板３は封止樹脂６により封止され
ている半導体レーザ装置において、前記封止樹脂に、端
面破壊防止層の表面から封止樹脂の外表面に至る貫通孔
６ａを設けることにより、端面破壊防止層の熱的応力の
緩和を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク装置な
どに用いられる、レーザダイオードチップを樹脂封止し
てなる半導体レーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は従来の樹脂封止タイプの半導体レ
ーザ装置の透視斜視図である。レーザダイオードチップ
１はモニター用フォトダイオード２ｐを内蔵するサブマ
ウント２（Ｓｉ結晶）を介してコモンポスト３ａと一体
の主板３にボンディングされている。主板３とは分離さ
れている他の２本のポスト３ｂとレーザダイオードチッ
プ１およびモニター用フォトダイオード２ｐの間にはボ
ンデイングワイヤ４がそれぞれ接続されている。主板
３、コモンポスト３ａおよびポスト３ｂは同じリードフ
レームから切断分離されたものである。レーザダイオー
ドチップ１は透光性の端面破壊防止層５により被覆され
さらに透光性の封止樹脂６により封止され、また封止樹
脂６は主板３、各ポスト３ａ、３ｂを所定の相対位置に
固定している。端面破壊防止層５はレーザダイオードチ
ップ１の発光端面近傍の封止樹脂６がレーザ光により破
壊されることを防止するために設けられている。レーザ
光はレーザダイオードチップ１の端面に頂点のある楕円
錐状にレーザ光軸１ｘに沿って出射される。主板３の両
端部は半導体レーザ装置を搭載する光応用機器の治具に
固定するための固定端部３ｓとして、封止樹脂６から突
出している。また、ポスト３ａ、３ｂの端部も封止樹脂
６から突出しており、レーザダイオードチップ１の駆動
電源へのリードと光出力モニタ回路へのリードにハンダ
付けによりそれぞれ接続される。

【０００３】端面破壊防止層５は例えばシリコーン樹脂
からなっており、液状シリコーンをレーザダイオードチ
ップ１とサブマウント２を覆うように滴下して塗布され
た後、１２０℃〜１６０℃の炉中で熱硬化される。次い
で、エポキシ系の封止樹脂６は射出成形によって形成さ
れる。射出成形は１５０℃以上で行われ、射出成形後室
温まで冷却されるが、端面破壊防止層５は封止樹脂６よ
り熱膨張率が大きいため、レーザダイオードチップ１の
表面と封止樹脂６の表面での密着力によって引張応力が
働くことになる。図１０は従来の樹脂封止タイプの半導
体レーザ装置の断面図である。断面はレーザ光軸１ｘを
含み主板に垂直な面であり、以下全ての断面図は同じと
する。端面破壊防止層５はレーザダイオードチップ１の
後方、サブマウント２の上面に最も大きな容積を有して
いる。端面破壊防止層５と封止樹脂６との密着力にはば
らつきがあるので、密着力が端面破壊防止層５の切断力
より小さい場合は、端面破壊防止層５と封止樹脂６との
間に剥離５ａが生ずることがあり、また、密着力が端面
破壊防止層５の材料強度より大きい場合には体積収縮量
が最も大きくなるモニター用フォトダイオード２ｐ上に
位置する箇所で端面破壊防止層５に割れ５ｂが生ずるこ
とがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】半導体レーザ装置はコ
ンパクトディスク等の光ディスクやレーザビームプリン
タ等の各種光応用機器に組み込まれて使用される。これ
らの装置においては、安定したデジタル信号を得るため
に、高精度の発光点の位置、方向と同時に高精度に安定
した光強度が要求されている。

【０００５】レーザダイオードチップは受光面を上面に
持つモニター用フォトダイオードを内蔵するサブマウン
トに固着されており、モニター用フォトダイオードはレ
ーザダイオードチップの後方側の出射光をモニターでき
るようになっている。レーザダイオードチップの発光端
面のレーザ光出射部の大きさは約５μｍ×１μｍであ
り、出射されたモニターレーザ光はレーザ光強度分布の
半値全幅が横方向（主板面内方向）角度約１０度、縦方
向（主板垂直方向）角度約４０度の広がり角で放射す
る。前述の部分的な剥離が生じると、剥離している部分
は剥離していない部分に比べ光の反射率が大きく、レー
ザダイオードチップから出射されたレーザ光を強く反射
する。そのためレーザダイオードチップを所定の光出力
で発光させたときの後方側の出射光を受光するモニター
用フォトダイオードのモニター電流値が増加し、前方側
の出射光を精度良くコントロールできなくなる。また、
端面破壊防止層内に割れが発生した場合、割れ部での光
の多重散乱、あるいは割れによってモニターレーザ光が
遮られることによりモニター用フォトダイオードに入る
光の量が変化し、出力されるモニター電流も変化する点
も問題であった。

【０００６】この発明の目的は、前記問題を解決するこ
とにあり、端面破壊防止層にかかる形成時の熱応力を緩
和することによって、モニターレーザ光が直接照射され
る箇所での端面破壊防止層と封止樹脂間の剥離をなく
し、端面破壊防止層に割れ発生もなく、安定した電気
的、光学的特性を有する樹脂封止タイプの半導体レーザ
装置を提供し、またその製造方法を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、レーザダイオードチップがモニター用フォトダイオ
ードを内蔵するサブマウントを介して金属製の主板上に
固着され、前記レーザダイオードチップおよびサブマウ
ントは端面破壊防止層により被覆され、さらにレーザダ
イオードチップ、サブマウント、端面破壊防止層および
前記主板は封止樹脂により封止されている半導体レーザ
装置において、端面破壊防止層と封止樹脂との界面のモ
ニターレーザ光強度のピークの半値以下の光強度が照射
される部分に、空隙を有することとする。

【０００８】また、レーザダイオードチップがモニター
用フォトダイオードを内蔵するサブマウントを介して金
属製の主板上に固着され、前記レーザダイオードチップ
およびサブマウントは端面破壊防止層により被覆され、
さらにレーザダイオードチップ、サブマウント、端面破
壊防止層および前記主板は封止樹脂により封止されてい
る半導体レーザ装置において、端面破壊防止層と封止樹
脂との界面のモニターレーザ光強度のピークの半値以下
の光強度が照射される部分に、互いに接触してはいるが
固定されてはいない非密着部を有することとする。

【０００９】また、レーザダイオードチップがモニター
用フォトダイオードを内蔵するサブマウントを介して金
属製の主板上に固着され、前記レーザダイオードチップ
およびサブマウントは端面破壊防止層により被覆され、
さらにレーザダイオードチップ、サブマウント、端面破
壊防止層および前記主板は封止樹脂により封止されてい
る半導体レーザ装置において、端面破壊防止層と封止樹
脂との界面のモニターレーザ光強度のピークの半値以下
の光強度が照射される部分で、端面破壊防止層表面から
内部に向かって切れ込みを有することとする。

【００１０】前記空隙は端面破壊防止層の表面から封止
樹脂の外表面に至る貫通孔であると良い。前記貫通孔は
封止樹脂の成型用金型に設けられたピンにより形成され
ると良い。前記ピンの端面破壊防止層に接する先端部は
サブマウントに接続されたボンディングワイヤ上から離
れていると良い。

【００１１】前記封止樹脂の成型用金型を用いる樹脂封
止時に、前記主板のサブマウントのある反対側の面が支
持体により支持されていると良い。前記端面破壊防止層
の非密着部は、樹脂封止前に端面破壊防止層の所定表面
に焼きごてを押し当てることにより形成されると良い。
前記端面破壊防止層の切れ込みはナイフにより切られて
形成されると良い。

【００１２】本発明の上記のいずれの手段においても、
端面破壊防止層は封止樹脂に密着接触しないで自由に動
き得る可動部分を有するため、２種の樹脂の境界面およ
びその周辺における２種の樹脂の熱膨張係数の差異によ
って発生するストレインは可動部分に逃げ、接触する部
分の熱ストレスは緩和され、接触する部分では端面破壊
防止層の亀裂や封止樹脂との間の隙間は生じない。従っ
て、その部分でのレーザ光の反射は乱れないし、また、
可動部分はレーザ光強度のピークの半値以下の強度しか
照射しない部分であるため、可動部分での反射の乱れに
よるモニター用フォトダイオードへの入射光強度は小さ
く、モニター用フォトダイオードへの入射光全体の強度
変化は小さい。従って、周囲温度に対して安定なモニタ
ー電流を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施例１ 図１に本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の断面図
を示す。従来技術と異なる点のみ説明する。端面破壊防
止層５にはシリコーン樹脂を用い、サブマウント２を載
せる主板３の面から厚さ約３００μｍで形成し、またそ
の周りは封止樹脂６により封止されている。封止樹脂６
には光透過度の高いエポキシ樹脂またはアクリル樹脂が
適当であり、この実施例ではエポキシ樹脂を用いた。こ
の封止樹脂６の端面破壊防止層５の表面から封止樹脂６
の外表面に至る貫通孔６ａをあけた。また、端面破壊防
止層５の表面での貫通孔６ａの開口部は、端面破壊防止
層と封止樹脂との界面のモニターレーザ光強度のピーク
の半値以下の光強度が照射される部分に来るようにし
た。そのため、端面破壊防止層５と封止樹脂６の密着す
る面積が貫通孔分だけ小さくなり、封止樹脂成形後、端
面破壊防止層５が収縮しても端面破壊防止層５が引っ張
られる量が小さくなり、発生する応力も小さくできる。
また、上記のようにレーザ光の照射強度の小さい位置に
開口部はあるので、この半導体レーザ装置の周囲温度が
使用中に変化した場合、開口部内の端面破壊防止層５の
表面は僅かにずれるが、その部分でのモニターレーザ光
の反射光のモニター用フォトダイオード２ｐへの影響は
小さく、モニター電流は周囲温度に対して安定である。

【００１４】次にこのような貫通孔を開ける製造方法の
一例を説明する。図２は本発明に係る半導体レーザ装置
の射出成形時の断面図である。封止樹脂６の射出成形に
用いる成型用金型１１にピン１２を設けることによって
貫通孔を有する封止樹脂６が形成されるようにしてあ
る。成型用金型１１のピン１２が端面破壊防止層５を押
しつける構造になっているが、樹脂成形圧力は３０〜５
０Ｎ／cm² であり、ピン１２と端面破壊防止層５間に封
止樹脂６が回り込まないようにピン１２は端面破壊防止
層５を約４０μｍ内側に凹ませるように設定してある。
ピン１２は成型金型１１の中で可動式になっており、端
面破壊防止層５の厚さにばらつきがあっても凹ませる量
は調整できるようにしてある。端面破壊防止層５の構成
材料であるシリコーン樹脂はやわらかなゴム状であり、
ピン１２によって４０μｍ凹んだ程度では割れる等の影
響はなく、成形後ピンを外せば元の形に復元する。

【００１５】貫通孔６ａを作製するためのピン１２は端
面破壊防止層５を潰すが、この時ピン１２がサブマウン
ト２上のボンディングワイヤの真上部を押しつけるとボ
ンディングワイヤ４が押しつぶされ、断線や短絡などの
不具合が発生するおそれがある。これを回避するための
構造を次に説明する。図３は本発明に係る他の半導体レ
ーザ装置を上側から見た透視図である。モニター用フォ
トダイオード２ｐの受光部の上側に貫通孔を設けてあ
り、ピンの先端部の形状（貫通孔６ａの開口部５ｆの形
状に対応）はモニター用フォトダイオード２ｐの受光面
上にあり、かつボンディングワイヤ４の垂直上方部には
及ばないよう、多角形あるいは曲線で構成された形状と
した。その結果、ピンがやや強く押しても、ボンディン
グワイヤ４の断線や短絡は発生しなくなった。 実施例２ 実施例１では、封止樹脂の射出成形時にピンは上方から
シリコーン樹脂を押さえつけるため、リードフレームの
主板がたわみ、レーザダイオードチップの位置すなわち
レーザ光軸がずれるおそれがある。これを回避するため
次の様な構造とした。図４は本発明に係る他の半導体レ
ーザ装置の射出成形時の断面図である。主板３（リード
フレームからまだ切断されていない状態）の裏面から支
える固定式の裏面ピン１３を成型用金型１１に設けて主
板３を支持しながら封止樹脂６の射出成形を行うことに
より、射出成形時にピン１２が端面破壊防止層５を押し
下げることによる主板３の変形を防ぐ構造とした。その
結果、レーザ光軸のずれは発生しなくなった。

【００１６】金型の裏面ピンは樹脂の同形のロッドに置
き換えることも可能であり、その場合はロッドは封止樹
脂の一部となる。 実施例３ 図５は本発明に係る二次封止された半導体レーザ装置の
断面図であり、（ａ）は裏面支持のない場合であり、
（ｂ）は裏面支持のある場合である。封止樹脂６の成形
後、主板３の固定端部３ｓにアダプタリング８をとりつ
け、封止樹脂６の周りを別の二次封止樹脂７で二次封止
して一体化した半導体レーザ装置に、本発明を適用した
場合を説明する。二次封止樹脂７には半導体封止用エポ
キシ系樹脂を用いた。封止樹脂６の貫通孔６ａに二次封
止樹脂７が入り込むが、この二次封止樹脂は離型剤を多
く含んでいるため端面破壊防止層５とは濡れ性がなく、
はじきあい密着しない。また、熱収縮率も端面破壊防止
層５の方が二次封止樹脂７より大きいため、冷却後は端
面破壊防止層５と二次封止樹脂７の間に隙間５ｃが生じ
る。このように二次封止した半導体レーザ装置において
も端面破壊防止層５には実施例１における貫通孔と同じ
ように密着拘束されていない部分が存在するため熱応力
緩和効果が得られる。 実施例４ 端面破壊防止層５の表面を改質することによって端面破
壊防止層５と封止樹脂６の密着性を低下させ、封止樹脂
成形時の熱応力緩和を行うことも可能である。

【００１７】図６は本発明に係る端面破壊防止層表面改
質工程時の断面図である。約３００℃に加熱した金属線
または金属棒等の焼きごて１４を端面破壊防止層５に押
し当て、端面破壊防止層５の表面の一部を熱処理した
後、実施例１と同様に樹脂封止した。図７は本発明に係
る端面破壊防止層表面改質の半導体レーザ装置の断面図
である。端面破壊防止層５と封止樹脂６は熱処理を加え
た部分のみが密着しないので、射出成形時の温度１６０
℃から室温まで冷却すると線膨張係数の違いにより端面
破壊防止層５の方が収縮率が大きいため約５０μｍの剥
離部５ａが生じる。この剥離部５ａで熱収縮応力が吸収
され、レーザダイオードチップ１から出射されたモニタ
ーレーザ光１ｂが端面破壊防止層５の表面に照射される
箇所には熱処理を加えていないため剥離を起こしておら
ず反射率が一定となり、モニター用フォトダイオード２
ｐでモニターされる光の量と出力されるモニター電流は
周囲温度の影響を受けず、安定した電気的、光学的特性
が得られた。

【００１８】また、当然のことながら、このように焼き
ごてにて端面破壊防止層に熱処理を加えたものを封止樹
脂で封止したのち一般的な半導体封止用エポキシ樹脂で
二次封止することも可能である。 実施例５ 端面破壊防止層５の表面に切れ込みを入れ、応力を分散
させる構造を試みた。図８は本発明に係る端面破壊防止
層に切れ込みを有する半導体レーザ装置の断面図であ
る。レーザダイオードチップ１の後方に位置する端面破
壊防止層５の表面に薄いナイフを差し込み、切れ込み５
ｄを入れた後、封止樹脂６を射出成形した。成形後の冷
却時に端面破壊防止層５は収縮しようとするが、端面破
壊防止層５の封止樹脂６との界面部は前記の切れ込みを
境としてその前方と後方の二つに分割されることにな
り、端面破壊防止層の容積も分割減少され、発生する熱
応力は低減される。またこの切れ込みが端面破壊防止層
５と封止樹脂６との間で発生する引張応力を吸収するこ
ととなり、端面破壊防止層５に発生する熱応力が緩和さ
れる。レーザダイオードチップ１の後方から放出された
レーザ光１ｂは垂直方向に片側約２０度の広がりをもっ
ているが、切れ込みはレーザ光を遮らないような深さに
してある。

【００１９】また、当然のことながら、このようにナイ
フにより端面破壊防止層に切れ込みを入れて封止樹脂で
封止した後、通常の半導体封止用エポキシ樹脂で二次封
止した構造にも適用できる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、レーザダイオードチッ
プがモニター用フォトダイオードを内蔵するサブマウン
トを介して金属製の主板上に固着され、前記レーザダイ
オードチップはその発光端面近傍の封止樹脂のレーザ光
による破壊を防止する端面破壊防止層により被覆され、
さらにレーザダイオードチップ、サブマウント、端面破
壊防止層および前記主板は封止樹脂により封止されてい
る半導体レーザ装置において、前記封止樹脂には、端面
破壊防止層の表面から封止樹脂の外表面に至る貫通孔が
設けられていることとする。あるいは、端面破壊防止層
のレーザ光強度のピークの半値以下の強度しか照射しな
い部分の表面改質を行い密着性を下げまたはその部位に
切れ込みを有するようにしたため、端面破壊防止層の封
止樹脂に密着接触しない自由部分を有するようになり、
その周辺の２種の封止樹脂の互いに接触する部分におけ
る２種の樹脂の熱膨張係数の差異によって発生するスト
レインは自由部分に逃げ、接触する部分の熱ストレスは
緩和され、接触する部分では端面破壊防止層の亀裂や封
止樹脂との間の隙間は生じない。従って、その部分での
レーザ光の反射は乱れないし、また、自由部分はレーザ
光強度のピークの半値以下の強度しか照射しない部分で
あるため、自由部分での反射の乱れによるモニター用フ
ォトダイオードへの入射光強度は小さく、モニター用フ
ォトダイオードへの入射光全体の強度変化は小さい。こ
うして、周囲温度に対して安定なモニター電流を得るこ
とができる。

【００２１】また、本発明によれば、熱応力緩和のため
の封止樹脂の貫通孔は金型により、端面破壊防止層の表
面改質は焼きごてにより、または切れ込みはナイフの挿
入と簡単な装置で行うことができるので、その結果モニ
ター電流の安定性が向上しており製造歩留りも高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の断面
図

【図２】本発明に係る半導体レーザ装置の射出成形時の
断面図

【図３】本発明に係る他の半導体レーザ装置を上側から
見た透視図

【図４】本発明に係る他の半導体レーザ装置の射出成形
時の断面図

【図５】本発明に係る二次封止された半導体レーザ装置
の断面図、（ａ）裏面支持のない場合、（ｂ）裏面支持
のある場合

【図６】本発明に係る端面破壊防止層表面改質工程時の
断面図

【図７】本発明に係る端面破壊防止層表面改質の半導体
レーザ装置の断面図

【図８】本発明に係る端面破壊防止層に切れ込みを有す
る半導体レーザ装置の断面図

【図９】従来の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の透
視斜視図

【図１０】従来の樹脂封止タイプの半導体レーザ装置の
断面図

【符号の説明】

１ レーザダイオードチップ １ｂ モニターレーザ光 １ｘ レーザ光軸 ２ サブマウント ２ｐ モニター用フォトダイオード ３ 主板 ３ａ コモンポスト ３ｂ ポスト ３ｓ 固定端部 ４ ボンディングワイヤ ５ 端面破壊防止層 ５ａ 剥離部 ５ｂ 端面破壊防止層の割れ ５ｃ 隙間 ５ｄ 切れ込み ５ｆ 開口部 ６ 封止樹脂 ６ａ 貫通孔 ７ 二次封止樹脂 ７ｐ 二次封止樹脂ピン ８ アダプタリング １１ 成型用金型 １２ ピン １３ 裏面ピン １４ 焼きごて

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 綟川 弘美 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 進藤 洋一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 須山 隆生 埼玉県秩父郡小鹿野町大字小鹿野755番地 １ 株式会社秩父富士内 (72)発明者 小松 賢 埼玉県秩父郡小鹿野町大字小鹿野755番地 １ 株式会社秩父富士内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーザダイオードチップがモニター用フォ
   トダイオードを内蔵するサブマウントを介して金属製の
   主板上に固着され、前記レーザダイオードチップおよび
   サブマウントは端面破壊防止層により被覆され、さらに
   レーザダイオードチップ、サブマウント、端面破壊防止
   層および前記主板は封止樹脂により封止されている半導
   体レーザ装置において、端面破壊防止層と封止樹脂との
   界面のモニターレーザ光強度のピークの半値以下の光強
   度が照射される部分に、空隙を有することを特徴とする
   半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】レーザダイオードチップがモニター用フォ
   トダイオードを内蔵するサブマウントを介して金属製の
   主板上に固着され、前記レーザダイオードチップおよび
   サブマウントは端面破壊防止層により被覆され、さらに
   レーザダイオードチップ、サブマウント、端面破壊防止
   層および前記主板は封止樹脂により封止されている半導
   体レーザ装置において、端面破壊防止層と封止樹脂との
   界面のモニターレーザ光強度のピークの半値以下の光強
   度が照射される部分に、互いに接触してはいるが固定さ
   れてはいない非密着部を有することを特徴とする半導体
   レーザ装置。
3. 【請求項３】レーザダイオードチップがモニター用フォ
   トダイオードを内蔵するサブマウントを介して金属製の
   主板上に固着され、前記レーザダイオードチップおよび
   サブマウントは端面破壊防止層により被覆され、さらに
   レーザダイオードチップ、サブマウント、端面破壊防止
   層および前記主板は封止樹脂により封止されている半導
   体レーザ装置において、端面破壊防止層と封止樹脂との
   界面のモニターレーザ光強度のピークの半値以下の光強
   度が照射される部分で、端面破壊防止層表面から内部に
   向かって切れ込みを有することを特徴とする半導体レー
   ザ装置。
4. 【請求項４】前記空隙は端面破壊防止層の表面から封止
   樹脂の外表面に至る貫通孔であることを特徴とする請求
   項１に記載の半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】請求項４に記載の前記貫通孔は封止樹脂の
   成型用金型に設けられたピンにより形成されることを特
   徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
6. 【請求項６】前記ピンの端面破壊防止層に接する先端部
   はサブマウントに接続されたボンディングワイヤ上から
   離れていることを特徴とする請求項５に記載の半導体レ
   ーザ装置の製造方法。
7. 【請求項７】前記封止樹脂の成型用金型を用いる樹脂封
   止時に、前記主板のサブマウントのある反対側の面が支
   持体により支持されていることを特徴とする請求項５ま
   たは６に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
8. 【請求項８】請求項２に記載の端面破壊防止層の非密着
   部は、樹脂封止前に端面破壊防止層の所定表面に焼きご
   てを押し当てることにより形成されることを特徴とする
   半導体レーザ装置の製造方法。
9. 【請求項９】請求項３に記載の端面破壊防止層の切れ込
   みはナイフにより切られて形成されることを特徴とする
   半導体レーザ装置の製造方法。