KR100785203B1 - 2빔 반도체 레이저 장치 - Google Patents

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Abstract

독립적으로 구동 가능한 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자(LD1, LD2)를 기판상에 일체로 설치한 2빔 반도체 레이저 소자(LDC); 및 출사측을 전방으로 향한 상기 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)가 앞부분에 장착됨과 동시에 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자(LD1, LD2)의 전극(61, 62)에 각각 접하여 접속되는 제 1, 제 2 전극 패드를 가진 서브마운트를 구비하는 2빔 반도체 레이저 장치(10)에 있어서, 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)는 상기 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 후방으로 뻗어서 형성되고, 와이어(14, 16)는상기 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 후방에서 서로 와이어 본딩되는 2빔 반도체 레이저 장치가 제공된다.

Description

2빔 반도체 레이저 장치{TWO-BEAM SEMICONDUCTOR LASER DEVICE}
본 발명은 2빔 반도체 레이저 장치에 관한 것으로, 특히, 프레임 및 수지로 이루어진 패키지를 이용한 2개의 레이저광을 각각 출사할 수 있는 싱글 모드형의 2빔 반도체 레이저 장치에 관한 것이다.
현재, 광기록 매체로서 콤팩트 디스크(CD), 기록 가능한 CD(CD-R) 및 개서 가능한 CD(CD-RW), 그리고 더욱 높은 기록 밀도를 제공하는 것으로서 DVD 및 기록형 DVD 등이 알려져 있다. 이러한 기록 매체 중에서, 적어도 DVD, CD, CD-R 및 CD-RW의 기록 혹은 재생을 실시하기 위해서는, 광 픽업의 광원으로서 파장이 650nm와 780nm인 레이저광을 출사할 필요가 있다.
파장이 650nm인 레이저광은 DVD 재생용이며, 파장이 780nm인 레이저광은 CD 재생용 및 CD-R과 CD-RW의 기록 재생용이다. 파장이 650nm인 레이저광에 의해 기록형 DVD의 기록을 하여도 된다. 또, 최근 높은 기록 속도화의 요구로 인해, 광원의 고출력화가 요구되고 있다.
이와 같은 광픽업에 탑재되는 광원으로서, 1개의 패키지로부터 650nm와 780nm의 파장의 레이저광을 출사할 수 있는 2빔 반도체 레이저 장치가 알려져 있다. 2빔 반도체 레이저 장치를 탑재함으로써, 광픽업의 소형화 및 조립의 간소화를 도모할 수 있다.
도6 및 도7은 종래의 2빔 반도체 레이저 장치의 주요부를 나타내는 정면도 및 사시도이다. 2빔 반도체 레이저 장치(50)는 서브마운트(63) 위에 장착되는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)를 가지고 있다. 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)는 동일 기판(51) 위에 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)와 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)가 서로 분리된 상태로 집적화되어 있다.
기판(51)은 n형 GaAs 등으로 이루어져 있다. 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)는 AlGaInP계 반도체 등으로 되어 있으며, 파장이 650nm인 레이저광을 출력한다. 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)는 AlGaAs계 반도체 등으로 되어 있으며, 파장이 780nm인 레이저광을 출력한다.
AlGaInP계의 제 1 반도체 레이저 소자(LD1) 및 AlGaAs계의 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)의 구체적인 세부 구조는 특허문헌1 및 특허문헌2에 개시되어 있다. 따라서, 이하에서는 이들에 대해 간단하게 설명한다.
AlGaInP계의 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)의 경우, n형 GaAs로 된 기판(51) 위에 n형 AlGaInP 반도체층(52)이 형성된다. n형 AlGaInP 반도체층(52)상에는 제 1 접합층(54)을 통해 p형 AlGaInP 반도체층(53)이 형성된다. 제 1 접합층(54)은 단일 양자 우물(SQW) 구조 내지는 다중 양자 우물(MQW) 구조를 포함하며, 제 1 접합층(54)의 일부에 제 1 발광부(55)가 형성되어 있다.
마찬가지로, AlGaAs계의 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)의 경우, n형 GaAs로 된 기판(51)상에 n형 AlGaAs 반도체층(56)이 형성된다. n형 AlGaAs 반도체층(56)상 에는 제 2 접합층(58)을 통해 p형 AlGaAs 반도체층(57)이 형성된다. 제 2 접합층(58)은 제 1 접합층(54)과 마찬가지로 구성되며, 제 2 접합층(58)의 일부에 제 2 발광부(59)가 형성되어 있다.
기판(51)의 이면에는 n측 공통 전극(60)이 설치되어 있다. 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)의 상면에는 제 1 p측 전극(61)이 설치되어 있다. 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)의 표면에는 제 2 p측 전극(62)이 설치되어 있다.
서브마운트(63)의 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 고착면에는 제 1 전극 패드(64) 및 제 2 전극 패드(65)가 패터닝에 의해 격리해서 형성되어 있다. 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 제 1, 제 2p 측 전극(61, 62)은 각각 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)에 고착된다. 이로써, 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자(LD1, LD2)가 각각 독립적으로 구동된다.
2빔 반도체 레이저 소자(LDC)는 제 1, 제 2 접합층(54, 58)측을 서브마운트(63)에 접근한 소위 정션 다운 구조로 되어 있다. 이것에 의해, 제 1 반도체 레이저 소자(LD1) 및 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)의 방열성을 양호하게 한다. 따라서, 서브마운트(63)가 히트 싱크로 되며, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 안정화 및 고출력화가 모도되고 있다.
또, 서브마운트(63)상의 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 후방에는 포토다이오드 등의 광검출기(66)가 설치되어 있다. 광검출기(66)의 검출에 의해서 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 발광 출력이 제어된다.
2빔 반도체 레이저 소자(LDC)가 고착된 서브마운트(63)는 도시하지 않은 방 열판 혹은 리드 프레임에 고착되고, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 n측 공통 전극(60)에 와이어(67)의 일단이 접속된다. 제 1 전극 패드(64) 및 제 2 전극 패드(65)에는 각각 와이어(68, 69)의 일단이 접속된다. 광검출기(66)에는 와이어(70)의 일단이 접속된다. 그리고, 각 와이어(67 내지 70)의 외단이 도시하지 않은 리드 단자에 접속되어, 2빔 반도체 레이저 장치(50)가 제작된다.
상기 구성의 2빔 반도체 레이저 장치(50)는 제 1 p측 전극(61)과 n측 공통 전극(60) 사이에 전류를 흘리는 것에 의해 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)를 독립적으로 구동할 수 있다. 또, 제 2 p측 전극(62)과 n측 공통 전극(60) 사이에 전류를 흘리는 것에 의해 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)를 독립적으로 구동할 수 있다. 그리고, 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)의 구동에 의해 파장 650nm인 레이저광을 취출할 수 있다. 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)의 구동에 의해 파장 780nm인 레이저광을 취출할 수 있다.
일반적으로, 반도체 레이저 장치로는 캔 패키지를 이용한 것과 프레임 패키지를 이용한 것이 알려져 있다. 캔 패키지를 이용한 반도체 레이저 장치는 금속 스템(Stem)에 리드를 개별적으로 설치하여 금속 스템상에 설치된 레이저 소자를 캡(Cap)으로 봉지한다. 프레임 패키지를 이용한 반도체 레이저 장치는 반도체 레이저 소자가 설치된 금속제의 프레임을 수지로 삽입 성형한다. 후자의 프레임 패키지를 이용한 반도체 레이저 장치는 가격 및 양산성이 뛰어나기 때문에 주목받고 있다.
그렇지만, 이 프레임 패키지를 이용한 반도체 레이저 장치는, 종래부터 널리 이용되고 있는 캔 패키지의 것과 비교하면 방열성이 나쁘다. 이 때문에, 현재는 온도 특성이 좋은 적외 레이저 장치에 많이 사용되고 있다. CD-R이나 CD-RW용의 고출력 레이저 장치, DVD용 등의 적색 레이저 장치, 2파장 레이저 장치 혹은 동작 전압이 높은 청색계 레이저 장치에 이용하기 위해서는 한층 더 개량이 요구되고 있다.
이와 같은 문제점을 개량할 수 있는 프레임 패키지를 이용한 반도체 레이저 장치가 특허 문헌3에 개시되어 있다. 도8 및 도9는 각각 이 반도체 레이저 장치를 나타내는 사시도 및 정면도이다. 또, 도10 은 도9의 X-X'선에 따른 단면도이다.
반도체 레이저 장치(80)는 프레임(82)의 표면에 서브마운트(83)가 배치 고정되어 있다. 서브마운트(83)의 상면에는 반도체 레이저 소자(84)가 배치 고정되어 있다. 프레임(82)은 동, 철, 또는 이들의 합금 등의 열전도성과 도전성이 좋은 금속으로 되어 있으며, 판 모양으로 형성되어 있다. 또, 프레임(82)은 반도체 레이저 소자(84)를 탑재하는 주프레임(86)과 주프레임(86)과는 독립한 배선용의 부프레임(87, 88)으로 이루어져 있다. 주프레임(86) 및 부프레임(87, 88)을 절연성 수지 성형부(85)에 의해 일체화하여 프레임 패키지가 구성되어 있다.
주프레임(86)은, 소자 배치부(86a)와 리드부(86b)와 날개부(86c, 86d)를 가지고 있다. 소자 배치부(86a)에는 서브마운트(83)가 탑재된다. 리드부(86b)는 전류 통로로 된다. 날개부(86c, 86d)는 방열 및 위치 결정을 위해서 좌우에 돌출하여 설치된다. 또, 주프레임(86)에는 두꺼운 부분(厚肉部;Thick-walled Section, 86e)과 얇은 부분(薄肉部;Thin-walled Section, 86f)이 형성되어 있다. 두꺼운 부분(86e)은 소자 배치 부(86a)의 앞부분 및 날개부(86c, 86d)의 앞부분을 두껍게 하여 형성된다. 얇은 부분(86f)은 날개부(86c, 86d)의 후부(後部) 및 리드부(86b)를 얇게 하여 형성된다.
부프레임(87, 88)은 리드부(86b)와 마찬가지로 얇은 벽으로 구성되어 있다. 이로써, 프레임(82)을 프레스 가공에 의해 펀칭해서 형성할 때에 리드부(86b) 및 부프레임(87, 88)의 미세 가공을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 리드부(86b) 및 부프레임(87, 88)의 간격을 좁게 유지하여 반도체 레이저 장치(80)의 소형화를 도모할 수 있다.
수지 성형부(85)는 프레임(82)의 겉과 뒤편의 면을 사이에 두도록(듯이) 삽입 성형해 형성된다. 수지 성형부(85)의 겉은 레이저광이 출사되는 레이저 출사창(85a)을 구비하며, 전방이 개방된 U자형의 틀부(Enclosure, 85b)가 형성된다. 틀부(85b)의 양측부 앞단에는 테이퍼면(85c)이 형성되어 있다. 테이퍼면(85c)에 의해 반도체 레이저 장치(80)를 소정 위치에 배치할 때의 삽입을 부드럽게 할 수 있다. 수지 성형부(85)의 이면측은 소자 배치부(86a)를 덮은 평탄면(85d)으로 되어 있고, 표면측의 틀부(85b)의 외형과 대략 동일한 외형 형상(육각 형상)을 이루고 있다.
틀부(85b) 내에서 주프레임(86)의 소자 배치부(86a) 및 부프레임(87, 88)은 수지 성형부(85)가 존재하지 않기 때문에 표면이 노출해 있다. 이 노출한 소자 배치부(86a) 위에 서브마운트(83)를 개재하여 반도체 레이저 소자(84)가 배치 고정된다. 그 후, 반도체 레이저 소자(84)와 주프레임(86)의 사이 및 서브마운트(83)와 부프레임(87, 88)의 사이가 와이어(미도시)에 의해 접속된다.
서브마운트(83)는 Si를 모재로 한 수광 소자로 이루어져 있다. 이로써, 반도체 레이저 소자(84)의 후면의 출사광을 모니터할 수 있다. Si 이외에도 예를 들면 AlN, SiC, Cu 등의 열전도성이 뛰어난 세라믹이나 금속재료 등을 이용할 수 있다. 또, 서브마운트(83)는 Pb-Sn, Au-Sn, Sn-Bi 등의 반전재(Solder Material)나 Ag 페이스트 등을 이용해 소자 배치부(86a)에 고정된다. 반도체 레이저 소자(84)는 Au-Sn, Pb-Sn 등의 반전재나 Ag 페이스트(Paste) 등을 이용해 서브마운트(83)의 소정 위치에 고정된다.
상기 구성의 프레임 패키지를 이용한 반도체 레이저 장치(80)는 반도체 레이저 소자(84)의 표면이 개방되기 때문에 방열성이 향상된다. 또, 구조가 간단하고 양산성이 뛰어나다.
특허문헌1: 특개평 11-186651호 공보(특허청구범위, 단락 [0017]~[0023], 도1)
특허문헌2: 특개 2002-329934호 공보(특허청구범위, 도1, 도4)
특허문헌3: 특개 2002-43679호 공보(단락 [0010]~[0022], 도1, 도2, 도4)
반도체 레이저 장치는 통상 싱글 모드로 사용된다. 광디스크를 기록 재생하는 광픽업에 반도체 레이저 장치를 이용하는 경우, 광디스크로부터의 귀환광 대책으로서 재생 시에는 멀티 모드화할 필요가 있다. 이 때문에, 일반적으로 고주파 중첩에 의해 의사적으로 멀티 모드화가 이루어진다. 이 경우, 반도체 레이저 소자와 고주파 중첩과의 매칭을 취할 필요가 있다.
그렇지만, 상기 특허문헌3에 개시된 종래의 프레임 패키지를 이용한 반도체 레이저 장치(80)는 방열 효율의 향상 및 와이어 본딩의 용이성을 위해서, 서브마운트(83)가 반도체 레이저 소자(84)보다 큰 폭으로 크게 형성되어 있다. 더구나, 서브마운트(83)나 반도체 레이저 소자(84)와 리드부(85b)나 부프레임(86, 87)과의 거리가 떨어져 있다. 이 때문에, 금속제의 캔 패키지를 사용한 반도체 레이저 장치보다도 와이어의 길이가 길어진다.
반도체 레이저 장치를 고주파 중첩해서 구동하는 경우에는, 와이어의 길이에 의해 인덕턴스(Inductance) 성분이 바뀌기 때문에, 와이어의 길이를 짧게 할 필요가 있다. 따라서, 상기 반도체 레이저 장치(80)는 안정적으로 고주파 중첩하여 구동할 수 없는 문제가 있다.
관련된 문제점은, 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서도 프레임 패키지를 사용한 경우에는 마찬가지로 생긴다. 또한, 전술한 도7에 나타낸 바와 같이, 2빔 반도체 레이저 장치(50)는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 후방에 광검출기(66)를 가진 4단자형으로 되어 있다. 이 때문에, n측 공통 전극(60) 및 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)에 본딩되는 와이어(67 내지 69)의 길이가 더욱 길어지며, 인덕턴스 성분의 변화가 현저하게 커지는 문제가 있다.
또, 광검출기(66)가 설치되기 때문에, 2빔 반도체 레이저 장치(50)의 소형화가 곤란하다. 또한, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 후방의 공간은 광검출기(66)가 차지하기 때문에, 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)에의 와이어(68, 69) 접속은 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 측방향으로 행해진다. 이 때문에, 서브마운트(63)의 가로폭이 커져서, 2빔 반도체 레이저 장치(50)의 소형화가 더욱 곤란하게 된다.
또, 종래의 반도체 레이저 소자의 길이는 약 300 내지 400μm 정도인 것에 비해, 최근 고출력화된 반도체 레이저 소자의 길이는 종래에 비해 약 3 내지 5배인 약 1 내지 1.5mm로 길어지고 있다. 이 때문에, 서브마운트(63)가 더욱 대형이 되기 때문에 소형화 가능한 2빔 반도체 레이저 장치의 구조가 요구되고 있다.
본 발명자는, 상술한 바와 같은 프레임 패키지를 이용하여 특히 소형화된 2빔 반도체 레이저 장치를 형성하는 경우에 생기는 문제점을 해결하기 위해 여러 가지 검토를 거듭해 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 소형화를 도모할 수 있는 것과 동시에 안정적으로 멀티 모드화시키는 것이 가능한 싱글 모드형의 2빔 반도체 레이저 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 독립적으로 구동 가능한 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자를 기판상에 일체로 마련한 2빔 반도체 레이저 소자와, 출사 측을 전방으로 향한 상기 2빔 반도체 레이저 소자가 앞부분에 장착됨과 동시에 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자의 전극에 각각 접해서 접속되는 제 1, 제 2 전극패드를 가진 서브마운트를 구비한 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서,
제 1, 제 2 전극 패드는 상기 2빔 반도체 레이저 소자의 후방으로 뻗어 형성되고, 상기 2빔 반도체 레이저 소자의 후방에서 와이어 본딩되는 것을 특징으로 하고 있다.
또 본 발명은, 상기 구성의 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서, 제 1, 제 2 전극 패드가 상기 서브마운트의 후단에서 와이어 본딩되는 것을 특징으로 하고 있다.
또 본 발명은, 상기 구성의 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서, 상기 2빔 반도체 레이저 소자의 후단으로부터 제 1, 제 2 전극 패드가 와이어 본딩되는 위치까지의 거리를 300μm 이하로 한 것을 특징으로 하고 있다. 2빔 반도체 레이저 소자의 후단으로부터 제 1, 제 2 전극 패드가 와이어 본딩되는 위치까지의 거리의 하한치는, 이론상으로는 작은 것이 좋다. 그러나, 너무 작으면 와이어 본딩 작업이 곤란하게 되기 때문에, 와이어의 선직경 및 와이어 본딩용 지그(Jig)의 크기 등을 고려해서 적당하게 결정하면 좋다. 또한, 이 거리가 300 μm를 넘어도 와이어를 짧게 할 수 있지만, 서브마운트가 대형이 되어 여기에 따른 이점이 없기 때문에 상한치는 300μm로 한다.
또 본 발명은, 상기 구성의 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서, 상기 서브마운트의 가로폭을 400μm 이상 700μm 이하로 한 것을 특징으로 하고 있다. 서브마운트의 가로폭이 400μm 미만이면 와이어 본딩이 곤란하게 됨과 동시에 와이어 본딩 시에 서브마운트의 2개의 전극 패드 사이의 단락이 일어나기 쉬워진다. 또, 서브마운트의 가로폭이 700μm를 넘어도 2빔 반도체 레이저 장치의 소형화라고 하는 관점에서는 이점이 없기 때문에, 상한치는 700μm로 한다.
또 본 발명은, 상기 구성의 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서, 상기 서브마운트를 프레임과 수지로 이루어진 패키지에 실장한 것을 특징으로 하고 있다.
또 본 발명은, 상기 구성의 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서, 3개의 단자를 가지는 3단자형으로 한 것을 특징으로 하고 있다.
본 발명에 의하면, 제 1, 제 2 전극 패드는 2빔 반도체 레이저 소자의 후방으로 뻗어서 형성되고, 2빔 반도체 레이저 소자의 후방에서 와이어 본딩되기 때문에, 서브마운트의 가로폭을 작게 하여 2빔 반도체 장치를 소형화하는 것이 가능하다. 또, 와이어 본딩하는 위치가 후방이 되기 때문에, 와이어가 종래보다 단축된다. 이 때문에, 종래에 비해 와이어의 인덕턴스를 약 20%정도 작게 할 수 있다. 따라서, 안정적으로 고주파 중첩에 의해 의사적으로 멀티 모드화를 실행할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 제 1, 제 2 전극 패드가 서브마운트의 후단에서 와이어 본딩되기 때문에, 후방에 광검출기가 배치되지 않아, 와이어를 보다 단축하여 더욱 안정적으로 고주파 중첩에 의해 의사적으로 멀티 모드화를 실행할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 2빔 반도체 레이저 소자의 후단으로부터 제 1, 제 2 전극 패드가 와이어 본딩되는 위치까지의 거리를 300μm 이하로 하였으므로, 서브마운트가 단축된다. 따라서, 2빔 반도체 레이저 소자가 서브마운트(63)의 후단에 접근해서 배치되어 2빔 반도체 레이저 소자에 접속되는 와이어의 길이가 단축된다. 따라서, 보다 안정적으로 고주파 중첩에 의해 의사적으로 멀티 모드화를 실행할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 서브, 마운트의 가로폭을 400μm 이상 700μm 이하로 하였으므로, 2빔 반도체 레이저 장치를 소형화하면서 와이어 본딩을 용이하게 실시할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 서브마운트를 프레임과 수지로 이루어진 패키지에 설치했으므로, 소형이고 염가이며, 나아가 양산성이 뛰어난 2빔 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 2빔 반도체 레이저 장치를 3단자형으로 했으므로, 종래의 4단자형의 2빔 반도체 레이저 장치에 비해 단자수가 줄어든 만큼 소형화된 2빔 반도체 레이저 장치를 얻을 수 있다.
도1은 본 발명의 실시형태에 관한 2빔 반도체 레이저 장치의 2빔 반도체 레이저 소자를 나타내는 사시도.
도2는 본 발명의 실시형태에 관한 2빔 반도체 레이저 장치의 2빔 반도체 레이저 소자를 나타내는 평면도.
도3은 본 발명의 실시형태에 관한 2빔 반도체 레이저 장치를 나타내는 사시도.
도4는 본 발명의 실시형태에 관한 2빔 반도체 레이저 장치를 나타내는 평면도.
도5는 도4의 X-X'선에 따른 단면도.
도6은 종래의 2빔 반도체 레이저 소자를 나타내는 정면도.
도7은 종래의 2빔 반도체 레이저 소자를 나타내는 사시도.
도8은 종래의 반도체 레이저 장치를 나타내는 사시도.
도9는 도8의 반도체 레이저 장치의 평면도.
도10은 도9의 X-X'선에 따른 단면도.
<부호의 설명>
10, 50 2빔 반도체 레이저 장치
12, 14, 16, 67, 68, 69 와이어
22, 82 프레임
23, 85 수지 성형부
24, 86 주프레임
24a, 86a 소자 배치부
25, 26, 87, 88 부프레임
27, 85a 레이저 출사용 창
28, 85b 틀부
29, 29' 선단부
55 제 1 발광부
59 제 2 발광부
60 n측 공통 전극
61 제 1 p측 전극
62 제 2 p측 전극
63 서브마운트
64 제 1 전극 패드
65 제 2 전극 패드
66 광검출기
80 반도체 레이저 장치
LDC 2빔 반도체 레이저 소자
LD1 제 1 반도체 레이저 소자
LD2 제 2 반도체 레이저 소자
이하에서는 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 이하에 나타내는 실시형태는 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 2빔 반도체 레이저 장치를 예시하는 것이다. 따라서, 본 발명을 이 실시형태의 2빔 반도체 레이저 장치에 특정하는 것을 의도하는 것이 아니고, 청구범위에 기재된 기술적 범위에 포함되는 것에 동일하게 적용할 수 있는 것이다.
도1 및 도2는 일 실시형태의 2빔 반도체 레이저 장치의 주요부를 나타내는 사시도 및 평면도이다. 설명의 편의상, 전술한 도6과 도7에 나타내는 종래예와 같은 부분은 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다. 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)는 제 1, 제 2 발광부(55, 59)로 되는 접합부를 서브마운트(63)에 가까이 고착한 정션 다운 구조를 가지고 있다.
도1의 정면에서 보아 좌측으로 기록/재생형 DVD용의 650nm 파장의 레이저광을 출사하는 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)가 배치되어 있다. 또, 우측에는 CD/CD-R용 780nm의 파장의 광을 출사하는 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)가 배치되어 있다. 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자(LD1, LD2)의 중간에는, 이들을 분리하는 홈이 설치되어 있다.
서브마운트(63)는 AlN, SiC, Cu, Si 등의 열전도성이 뛰어난 세라믹이나 금 속 재료 등으로 형성된다. 서브마운트(63)의 표면에는, Ti-Pt-Au를 패터닝하여 형성한 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)가 설치되어 있다. 제 1 반도체 레이저 소자(LD1)의 제 1 발광부(도파로, 55)의 바로 아래에 설치되는 제 1 p측 전극(61, 도6 참조)은 Au-Sn 등의 반전에 의해 제 1 전극 패드(64)에 고정되어 있다.
마찬가지로, 제 2 반도체 레이저 소자(LD2)의 제 2 발광부(도파로, 59)의 바로 아래에 설치되는 제 2 p측 전극(62, 도6 참조)은 Au-Sn 등의 반전에 의해 제 2 전극 패드(65)에 고정되어 있다. 이로써, 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자(LD1, LD2)로 발생한 열은 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)를 통해 효율 좋게 서브마운트(63)에 전달되어 방열되게 되어 있다.
2빔 반도체 레이저 소자(LDC) 및 서브마운트(63)는 모두 레이저광의 방출 방향에 따라서 길게 늘어난 편평한 직방체 형상으로 되어 있다. 서브마운트(63)의 가로폭 W는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 가로폭과 거의 같다.
또, 서브마운트(63)는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 메인 레이저광의 출사측과 반대측이 연장되어 있다. 이로써, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)는 출사측을 전방으로 해서 서브마운트(63)의 앞부분에 배치되고, 서브마운트(63)의 후부가 와이어 본딩 영역으로 되어 있다.
한편, 본 실시형태의 서브마운트(63)에는 종래예와 같은 모니터용의 광검출기(66, 도7 참조)는 설치되어 있지 않다. 고출력의 반도체 레이저 소자에 있어서는, 레이저광의 출력을 증가시키기 위해서 레이저광의 출사 방향과는 반대측의 면의 반사율이 높게 되어 있다. 이 때문에, 후방으로 출사되는 레이저광이 적고, 특 히 광검출기(66)를 서브마운트(63)에 일체로 합칠 필요가 없다. 따라서, 광검출기(66)를 생략하는 것이 가능하게 되어 있다.
제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)는 서브마운트(63)의 후단에서 리드 단자(25, 26: 도3 참조)와 전기적으로 접속하기 위한 와이어(14, 16)의 일단이 와이어 본딩되어 있다. 또, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 이면에 형성된 n측 공통 전극(60)에는 리드 단자(24b: 도3 참조)와 전기적으로 접속하기 위한 와이어(12)의 일단이 와이어 본딩되어 있다.
와이어(14, 16)는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 뒤쪽의 단부로부터의 거리 L이 300μm 이내로 고착되어 있다. 거리 L이 짧을수록 서브마운트(63)의 길이를 짧게 할 수 있다. 이로써, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)가 서브마운트(63)의 후단에 접근 배치되어, 와이어(12)의 길이를 짧게 할 수 있다. 거리 L은 와이어(14, 16)의 선직경 및 자동 본더(Bonder) 등의 와이어 본딩용 지그의 크기를 고려해 적당하게 선택하면 된다.
또, 서브마운트(63)의 가로폭 W는 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)의 폭이나 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65) 사이의 거리를 고려해서 결정할 수 있다. 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)의 폭은 와이어(14, 16)의 선직경 및 자동 본더 등의 와이어 본딩용 지그의 크기를 고려해 적당히 결정할 수 있다. 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65) 사이의 거리는 전기적인 분리를 위해 필요한 거리가 선택된다. 이로써, 본 실시형태에서는 서브마운트(63)의 가로폭 W를 400μm 정도로까지 작게 할 수 있다. 서브마운트(63)의 가로폭 W의 상한치는, 특히 임계적 의의가 있는 것은 아니지만, 소형화를 달성하기 위해서는 크더라도 700μm 정도로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 도3과 도4는 본 실시형태의 2빔 반도체 레이저 장치의 사시도 및 정면도이다. 또, 도5는 도4의 X-X'선에 따른 단면도이다. 2빔 반도체 레이저 장치(10)에서, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC) 및 서브마운트(63)가 3단자형의 프레임 및 수지로 이루어진 프레임 패키지에 실장되어 있다.
2빔 반도체 레이저 장치(10)에서, 프레임(22)의 상면에 서브마운트(63)가 배치 고정된다. 서브마운트(63)의 표면에는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)가 배치 고정된다.
프레임(22)은 동, 철, 또는 이들 합금 등의 열전도성과 도전성이 좋은 금속으로 이루어져 있으며, 얇은 판 모양으로 형성되어 있다. 또, 프레임(22)은 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)를 탑재하는 주프레임(24)과 주프레임(24)과는 독립한 배선용 부프레임(25, 26)으로 되어 있다. 주프레임(24) 및 부프레임(25, 26)을 절연성의 수지 성형부(23)에 의해 일체화하여 프레임 패키지가 구성되어 있다.
주프레임(24)은 소자 배치부(24a)와 리드부(24b)와 날개부(24c, 24d)를 가지고 있다. 소자 배치부(24a)에는 서브마운트(63)가 탑재된다. 리드부(24b)는 전류 통로가 된다. 날개부(24c, 24d)는 방열 및 위치 결정을 위해서 좌우에 돌출하여 설치된다.
리드부(24b) 및 부프레임(25, 26)은 얇은 벽으로 형성되어 있기 때문에, 프레임(22)을 프레스 가공에 의해서 펀칭하여 형성할 때에 미세 가공을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 리드부(24b) 및 부프레임(25, 26)의 간격을 좁게 유지하여 2빔 반도체 레이저 장치(10)의 소형화를 도모할 수 있다.
수지 성형부(23)는 프레임(22)의 표면측과 이면측의 면을 사이에 두도록, 예를 들면, 삽입 성형에 의해 형성된다. 수지 성형부(23)의 표면측은 레이저광이 출사되는 레이저 출사창(27)을 구비하여, 전방이 개방된 U자형 틀부(28)가 형성된다. 틀부(28)의 앞부분의 폭은 뒷부분의 폭에 비해 좁아지고 있으며, 앞부분의 양측부에 배치되는 선단부(29, 29')는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 광축 방향에 대해서 평행하게 뻗어 있다. 뒷부분에 대해 좁아진 첨단부(29, 29')에 의해서 2빔 반도체 레이저 장치(10)를 소정 위치에 배치할 때의 삽입을 부드럽게 행할 수 있다.
수지 성형부(23)의 이면측은 서브마운트(63)에 대향하는 주프레임(24)의 이면을 노출하고 그 주위를 가리도록 설치되어 있다. 이로써, 방열 효율을 향상시킬 수가 있다.
틀부(28) 내에서 주프레임(24)의 소자 배치부(23a) 및 부프레임(25, 26)은 수지 성형부(23)가 존재하지 않기 때문에 표면이 노출해 있다. 이 노출한 소자 배치부(24a) 위에 사프마운트(63)를 개재하여 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)가 배치 고정된다. 그 후, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)와 리드부(24b) 사이가 와이어(12)에 의해 접속된다. 또, 서브마운트(63)와 부프레임(25, 26) 사이가 와이어(14, 16)에 의해 접속된다. 한편, 서브마운트(63)는 Pb-Sn, Au-Sn, Sn-Bi 등의 반전재나 Ag 페이스트 등을 이용해 프레임(24)에 고정된다.
상기 구성의 2빔 반도체 레이저 장치(10)에 의하면, 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)는 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 후방으로 뻗어서 형성되며, 2빔 반도 체 레이저 소자(LDC)의 후방에서 와이어 본딩된다. 이 때문에, 서브마운트(63)의 가로폭 W를 전술한 도7에 나타낸 종래예보다 큰 폭으로 작게 하여 2빔 반도체 장치(10)를 소형화하는 것이 가능하다.
또, 와이어 본딩하는 위치가 후방으로 되기 때문에, 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)로 부프레임(25, 26)과의 사이의 와이어(14, 16)가 종래보다 단축된다. 이 때문에, 종래에 비해 와이어(14, 16)의 인덕턴스를 작게 할 수 있다. 따라서, 안정적으로 고주파 중첩에 의해 의사적으로 멀티 모드화를 할 수 있다. 또한, 광검출기가 서브마운트(63)상에 배치되지 않고, 제 1, 제 2 전극 패드(64, 65)의 와이어 본딩 위치가 서브마운트(63)의 후단에 설치된다. 이로써, 와이어(14, 16)를 보다 단축할 수 있다.
나아가, 와이어 본딩 위치가 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)의 후측 단부의 근방에 설치되어 있다. 이로써, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)가 서브마운트(63)의 후단에 접근 배치되어, 2빔 반도체 레이저 소자(LDC)와 주프레임(24)과의 사이의 와이어(12) 길이를 단축할 수 있다. 따라서, 보다 안정적으로 고주파 중첩에 의해 의사적으로 멀티 모드화를 할 수 있다.
본 실시형태에 의해 제조된 2빔 반도체 레이저 장치(10)는 3단자형의 고출력 2파장 반도체 레이저 장치로서 이용된다. 이 2빔 반도체 레이저 장치(10)의 치수는 패키지의 선단폭(도3, 도4 에 있어서의 테두리(28)의 선단부(29, 29')측의 폭):2.7mm, 말단폭:3.8mm, 길이:3.5mm이었다.
이에 대해, 종래의 고출력 2 파장반도체레이저 장치의 치수는, 광검출기를 무시하고 3단자형의 패키지에 통합하더라도, 서브마운트의 폭과 조립에 필요한 공간을 고려하면 대형이 된다. 이 때문에, 패키지의 첨단폭:3.8mm, 말단폭:3.8mm, 길이:3.5mm 로 하는 것이 한계이다.
따라서, 본 실시형태에 의해, 서브마운트(63)의 측부의 와이어 본딩 영역을 무시할 수 있게 되어, 종래에 비해 첨단폭을 30% 정도, 면적비에서도 30% 정도 작게 하여 매우 작은 패키지를 실현할 수 있다. 또, 와이어(12, 14, 16)의 단축에 의해, 종래보다 인덕턴스가 약 20% 저하되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 2빔 반도체 장치는, 복수의 파장의 레이저광을 출사하여 DVD, 기록형 DVD, CD, CD-R 혹은 CD-RW 등의 기록 또는 재생을 실시하는 광픽업 등에 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 독립적으로 구동 가능한 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자를 기판상에 일체로 설치한 2빔 반도체 레이저 소자; 및
    출사측을 전방으로 향한 상기 2빔 반도체 레이저 소자가 앞부분에 장착됨과 동시에 제 1, 제 2 반도체 레이저 소자의 전극에 각각 접하여 접속되는 제 1, 제 2 전극 패드를 가진 서브마운트를 구비하는 2빔 반도체 레이저 장치에 있어서,
    제 1, 제 2 전극 패드는 상기 2빔 반도체 레이저 소자의 후방으로 뻗어서 형성되고, 상기 2빔 반도체 레이저 소자의 후방에서 와이어 본딩되는 것을 특징으로 하는 2빔 반도체 레이저 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1, 제 2 전극 패드가 상기 서브마운트의 후단에서 와이어 본딩되는 것을 특징으로 하는 2빔 반도체 레이저 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2빔 반도체 레이저 소자의 후단으로부터 제 1, 제 2 전극 패드가 와이어 본딩되는 위치까지의 거리를 300μm 이하로 한 것을 특징으로 하는 2빔 반도체 레이저 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서브마운트의 가로폭을 400μm 이상 700μm 이하로 한 것을 특징으로 하는 2빔 반도체 레이저 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 서브마운트를 프레임과 수지로 된 패키지에 실장한 것을 특징으로 하는 2빔 반도체 레이저 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 프레임에 제 1, 제 2 전극 패드로 각각 접속되는 단자와, 상기 2빔 반도체 레이저 소자의 공통 전극으로 접속되는 단자를 가지는 3단자형의 2빔 반도체 레이저 장치인 것을 특징으로 하는 2빔 반도체 레이저 장치.
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