JP2002335032A

JP2002335032A - 光学装置およびその製造方法

Info

Publication number: JP2002335032A
Application number: JP2001137739A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Taniguchi; 正谷口; Takashi Kobayashi; 高志小林
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-05-08
Filing date: 2001-05-08
Publication date: 2002-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体発光素子チップからの熱放散特性を向上
することができる光学装置とその製造方法を提供する。【解決手段】半導体レーザチップＬＤなどの半導体発光
素子チップ、サブマウントＳＭおよびヒートシンクＨＳ
が順に接合された構成の光学装置において、半導体発光
素子チップＬＤが第１の融点を有する第１のハンダＳＪ
ａによりサブマウントＳＭに接合されており、かつ、サ
ブマウントＳＭが第１の融点よりも低い第２の融点を有
する第２のハンダにＳＪｂよりヒートシンクＨＳに接合
されている構成とする。半導体発光素子チップＬＤを第
１のハンダＳＪａによりサブマウントＳＭに接合した
後、サブマウントＳＭを第２のハンダＳＪｂによりヒー
トシンクＨＳに接合して形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置およびそ
の製造方法に関し、特に、ＣＤ（コンパクトディス
ク）、ＭＤ（ミニディスク）、ＤＶＤ（デジタル多用途
ディスク）などの光ディスクシステム、バーコードリー
ダおよびレーザディスプレイなどの表示装置、あるい
は、レーザビームプリンタなどの電子機器に適用可能な
光学装置およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＤ、ＭＤ、ＤＶＤなどの光ディ
スクシステムにおいては、その光源として半導体レーザ
や、半導体レーザを受光素子や光学部品と一体化した集
積光学装置が用いられている。

【０００３】例えば、ＣＤおよびＭＤでは７８０ｎｍ帯
の半導体レーザが採用され、一方、ＤＶＤでは６６０ｎ
ｍ帯の半導体レーザが採用されている。さらに、次世代
光ディスクの光源としては、４００ｎｍ帯で発光するＩ
ＩＩ族窒化物半導体レーザの採用が有望視されている。

【０００４】図１２（ａ）は、上記の半導体レーザをＣ
ＡＮパッケージ化した形態の一例の一部切欠斜視図であ
り、図１２（ｂ）は要部拡大斜視図である。例えばＡｌ
ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＰ系、あるいはＡｌＧａＮ系
の半導体からなる半導体レーザチップＬＤが、ハンダ接
合ＳＪによりサブマウントＳＭに接合されている。また
サブマウントＳＭは、半導体レーザチップＬＤの接合面
の裏面側から、銀ペースト接合ＡＪによりヒートシンク
ＨＳに接合されている。ヒートシンクＨＳはパッケージ
部材ＰＫと一体に形成されて、半導体レーザチップＬ
Ｄ、サブマウントＳＭおよびヒートシンクＨＳなどを収
容している。パッケージ部材には窓ＷＤが設けられてお
り、半導体レーザチップＬＤに所定の電圧が印加される
と所定の波長のレーザ光が窓ＷＤを透過して外部に出射
される。サブマウントＳＭは、フォトダイオードＰＤが
形成された半導体ブロックであり、半導体レーザチップ
ＬＤの裏面側に出射されたレーザ光を受光してパワーを
モニターすることが可能となっている。

【０００５】上記のＣＡＮパッケージ形態の半導体レー
ザを製造するには、まず、サブマウント上に半導体レー
ザチップを位置決めしてハンダ接合により固定し、次
に、半導体レーザチップが接合されたサブマウントをヒ
ートシンク上に位置決めして銀ペーストを用いて接着固
着する。

【０００６】上記の構造を有するＣＡＮパッケージ形態
などの半導体レーザにおいて、半導体レーザチップから
の熱の放散特性が半導体レーザの動作や寿命に大きな影
響を与えており、半導体レーザの安定駆動および長寿命
化のためには半導体レーザチップからの放熱特性を確保
する必要がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の形態の半導体レーザでは、サブマウントとヒート
シンクの接合に、ハンダと比較して熱伝導性の低い銀ペ
ーストを用いていることから、半導体レーザチップから
の熱の放散が不十分であるという問題が生じてきてい
る。銀ペーストは、熱伝導率が約４Ｗ／Ｋ・ｍで、１０
μｍの膜厚で用いられ、一方、例えばＳｎ−Ｐｂ系のハ
ンダは熱伝導率が約５０Ｗ／Ｋ・ｍで、４μｍの膜厚で
用いられ、銀ペーストはハンダより熱伝導率が低い上に
厚膜で用いられるので、熱の放散が低いものとなってし
まう。特に、半導体レーザが使用される光ディスクの開
発においては、ＲＯＭからＲＡＭへの流れと、２倍、４
倍との高速化の流れとがあり、これに従って半導体レー
ザの高出力化と高駆動電流化が求められ、さらなる熱放
散性の確保が要求されるようになる。また、次世代光デ
ィスクシステムにおいて光源として採用が有望視されて
いるＩＩＩ族窒化物半導体レーザは、発光波長が短波長
化に応じて駆動電圧および駆動電力が高くなり、半導体
レーザの発熱量が益々増大していく。このため、半導体
レーザチップからの熱放散性を向上させる必要がある。

【０００８】サブマウントとヒートシンクとの接合を、
半導体レーザチップとサブマウントの接合と同様にハン
ダにより行うことにより、熱伝導性の低い銀ペーストの
使用を回避して、熱放散性を向上させることが可能であ
るが、この場合、サブマウントとヒートシンクの間と、
半導体レーザチップとサブマウントの間の接合を同時に
位置決めして固着するので、位置ずれを起こさないよう
に高精度に制御することが必要となる。また、半導体レ
ーザチップとサブマウント間を予めハンダ接合した後
に、サブマウントとヒートシンクとの間の接合を行う場
合には、上記の位置ずれの問題の他、半導体レーザチッ
プとサブマウント間のハンダが再溶融されるので、半導
体レーザチップへのストレスの印加が起こったり、半導
体レーザチップの電極が剥がれてしまうなどの悪影響を
及ぼしてしまう。

【０００９】本発明は、上記の状況に鑑みてなされたも
のであり、従って本発明の目的は、半導体レーザチップ
などの半導体発光素子チップ、サブマウントおよびヒー
トシンクが順に接合された構成の光学装置において、半
導体発光素子チップからの熱放散特性を向上することが
できる光学装置と、その製造方法を提供することであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の光学装置は、半導体発光素子チップと、上
記半導体発光素子チップが接合されたサブマウントと、
上記サブマウントが接合されたヒートシンクとを有し、
上記半導体発光素子チップが第１の融点を有する第１の
ハンダにより上記サブマウントに接合されており、上記
サブマウントが上記第１の融点よりも低い第２の融点を
有する第２のハンダにより上記ヒートシンクに接合され
ている。

【００１１】上記本発明の光学装置は、好適には、上記
基板上に、上記サブマウントが、上記半導体発光素子チ
ップの接合された面の裏面側から上記ヒートシンクに接
合されている。

【００１２】上記本発明の光学装置は、好適には、上記
基板上に、上記サブマウントに受光素子が形成されてい
る。また、好適には、上記ヒートシンクは受光素子が形
成された半導体素子である。また、好適には、上記ヒー
トシンクに受光素子が形成された半導体素子が接合され
ている。

【００１３】上記本発明の光学装置は、好適には、上記
基板上に、上記ヒートシンクが固着されているパッケー
ジ部材に収容されている。さらに好適には、上記パッケ
ージ部材に、レンズ、プリズムあるいは回折光学素子な
どを含む光学部材がさらに固着されている

【００１４】上記本発明の光学装置は、半導体レーザチ
ップなどの半導体発光素子チップ、サブマウントおよび
ヒートシンクが順に接合された構成の光学装置におい
て、半導体発光素子チップが第１の融点を有する第１の
ハンダにより上記サブマウントに接合されており、か
つ、サブマウントが上記第１の融点よりも低い第２の融
点を有する第２のハンダにより上記ヒートシンクに接合
されているので、半導体発光素子チップからの熱放散特
性を向上することができる。ここで、第１のハンダと第
２のハンダの融点が異なり、サブマウントおよびヒート
シンク間の第２のハンダの方が融点が低いので、サブマ
ウントに対する半導体発光素子チップの位置決めを行っ
て接合した後、この接合ハンダを再溶融することなく、
ヒートシンクに対するサブマウントの位置決めを行って
接合することができる。

【００１５】また、上記の目的を達成するため、本発明
の光学装置の製造方法は、第１の融点を有する第１のハ
ンダにより、半導体発光素子チップをサブマウントに接
合する工程と、上記第１の融点よりも低い第２の融点を
有する第２のハンダにより、上記サブマウントをヒート
シンクに接合する工程とを有する。

【００１６】上記の本発明の光学装置の製造方法は、好
適には、上記サブマウントを上記ヒートシンクに接合す
る工程においては、上記第１の融点未満かつ上記第２の
融点以上の温度の熱処理を施す。

【００１７】上記の本発明の光学装置の製造方法は、好
適には、上記サブマウントを上記ヒートシンクに接合す
る工程においては、上記サブマウントの上記半導体発光
素子チップが接合された面の裏面側から接合する。

【００１８】上記の本発明の光学装置の製造方法は、好
適には、上記半導体発光素子チップを上記サブマウント
に接合する工程の前に、上記サブマウントの一の面上に
上記第１のハンダを成膜する工程をさらに有し、上記半
導体発光素子チップをサブマウントに接合する工程の
後、上記サブマウントを上記ヒートシンクに接合する工
程の前に、上記サブマウントの上記一の面の裏の面上に
上記第２のハンダを成膜する工程をさらに有する。

【００１９】上記の本発明の光学装置の製造方法は、好
適には、上記半導体発光素子チップを上記サブマウント
に接合する工程の前に、上記サブマウントの一の面上に
上記第１のハンダを成膜する工程と、上記サブマウント
の上記一の面の裏の面上に上記第２のハンダを成膜する
工程をさらに有する。さらに好適には、上記半導体発光
素子チップを上記サブマウントに接合する工程におい
て、上記第２のハンダの成膜面を中空に浮かせた状態で
上記第１の融点以上の温度の熱処理を施す。

【００２０】上記の本発明の光学装置の製造方法は、好
適には、上記半導体発光素子チップを上記サブマウント
に接合する工程においては、複数個のサブマウントが集
積されたサブマウント集積ウェーハに対応する個数の上
記半導体発光素子チップを接合し、上記半導体発光素子
チップをサブマウントに接合する工程の後、上記サブマ
ウントを上記ヒートシンクに接合する工程の前に、上記
サブマウント集積ウェーハを個片処理する工程をさらに
有する。

【００２１】さらに好適には、上記半導体発光素子チッ
プを上記サブマウント集積ウェーハに接合する工程の前
に、上記サブマウント集積ウェーハの一の面上に上記第
１のハンダを成膜する工程をさらに有し、上記半導体発
光素子チップをサブマウント集積ウェーハに接合する工
程の後、上記サブマウントを個片処理する工程の前に、
上記サブマウント集積ウェーハの上記一の面の裏の面上
に上記第２のハンダを成膜する工程をさらに有する。

【００２２】また、さらに好適には、上記半導体発光素
子チップを上記サブマウント集積ウェーハに接合する工
程の前に、上記サブマウント集積ウェーハの一の面上に
上記第１のハンダを成膜する工程と、上記サブマウント
集積ウェーハの上記一の面の裏の面上に上記第２のハン
ダを成膜する工程をさらに有し、さらに好適には、上記
半導体発光素子チップを上記サブマウント集積ウェーハ
に接合する工程において、上記第２のハンダの成膜面を
中空に浮かせた状態で上記第１の融点以上の温度の熱処
理を施す。

【００２３】上記の本発明の光学装置の製造方法は、第
１の融点を有する第１のハンダにより、半導体発光素子
チップをサブマウントに接合し、次に、第１の融点より
も低い第２の融点を有する第２のハンダにより、サブマ
ウントをヒートシンクに接合する。上記本発明の光学装
置の製造方法では、半導体発光素子チップとサブマウン
トとをハンダによりに接合し、サブマウントとヒートシ
ンクとをハンダにより接合しているので、半導体発光素
子チップからの熱放散特性を向上することができる。さ
らに、サブマウントに対する半導体発光素子チップの位
置決めを行って接合した後、第１の融点未満かつ第２の
融点以上の温度で熱処理することにより、この接合ハン
ダを再溶融することなく、ヒートシンクに対するサブマ
ウントの位置決めを行って接合することができる。

【００２４】サブマウントに第１および第２のハンダを
それぞれ供給した後に半導体発光素子チップを位置決め
して接合する場合、第２のハンダの面は中空に浮かせて
おくことなどにより第２のハンダを未使用のまま保つこ
とができる。さらに、サブマウント集積ウェーハを用い
ることにより、複数個のサブマウントに対して、各ハン
ダの成膜および半導体発光素子チップの接合を同時に行
うことができ、製造の効率を向上させることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳しく説明する。

【００２６】第１実施形態図１（ａ）は、本実施形態に係るＣＡＮパッケージ化し
た形態の半導体レーザの一部切欠斜視図であり、図１
（ｂ）は要部拡大斜視図である。例えばＡｌＧａＡｓ
系、ＡｌＧａＩｎＰ系、あるいはＡｌＧａＮ系の半導体
からなる半導体レーザチップＬＤが、第１ハンダ接合Ｓ
ＪａによりサブマウントＳＭに接合されている。またサ
ブマウントＳＭは、半導体レーザチップＬＤの接合面の
裏面側から、第２ハンダ接合ＳＪｂによりヒートシンク
ＨＳに接合されている。ヒートシンクＨＳはパッケージ
部材ＰＫと一体に形成されて、半導体レーザチップＬ
Ｄ、サブマウントＳＭおよびヒートシンクＨＳなどを収
容している。パッケージ部材には窓ＷＤが設けられてお
り、半導体レーザチップＬＤに所定の電圧が印加される
と所定の波長のレーザ光が窓ＷＤを透過して外部に出射
される。サブマウントＳＭは、フォトダイオードＰＤが
形成された半導体ブロックであり、半導体レーザチップ
ＬＤの裏面側に出射されたレーザ光を受光してパワーを
モニターすることが可能となっている。

【００２７】上記の構造において、第１ハンダ接合ＳＪ
ａを構成する第１ハンダと第２ハンダ接合ＳＪｂを構成
する第２ハンダは融点が異なっており、第１ハンダの融
点（第１融点）よりも第２ハンダの融点（第２融点）の
方が低い。

【００２８】上記の第１ハンダおよび第２ハンダの例と
しては、例えば、高融点側の第１ハンダとして、Ｐｂ−
５Ｓｎ、Ｐｂ−１０Ｓｎなどの通常ハンダ、あるいは、
Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｓｂ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ａｇなどの高温
ハンダを用い、低融点側の第２ハンダとして、Ｓｎ−Ｐ
ｂ−Ｉｎ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｂｉなどの低融点
ハンダを用いることができる。

【００２９】本実施形態のＣＡＮパッケージ形態の半導
体レーザは、半導体レーザチップＬＤがハンダによりサ
ブマウントＳＭに接合されており、かつ、サブマウント
ＳＭがハンダによりヒートシンクＨＳに接合されている
ので、半導体レーザチップＬＤからの熱放散特性を向上
することができる。

【００３０】上記のＣＡＮパッケージ形態の半導体レー
ザの製造方法について、図２および図３の斜視図を用い
て説明する。まず、図２（ａ）に示すように、予めフォ
トダイオードＰＤや電極などが形成された半導体ブロッ
クなどからなるサブマウントＳＭの半導体レーザチップ
接合箇所に、真空蒸着などの方法により第１ハンダＳＬ
ａを成膜する。次に、成膜された第１ハンダＳＬａ上
に、半導体レーザチップＬＤを位置決めしてマウントす
る。

【００３１】次に、図２（ｂ）に示すように、テーブル
ＴＢ上にて、第１ハンダＳＬａの融点以上の熱処理を施
すことにより第１ハンダＳＬａを溶融し、冷却すること
で固化させ、形成される第１ハンダ接合ＳＪａにより、
半導体レーザチップＬＤとサブマウントＳＭとを接合す
る。サブマウントＳＭの半導体レーザチップＬＤの接合
された面の裏面側にはハンダなどは形成されていないの
で、テーブルＴＢ上に戴置して熱処理しても何ら問題は
生じない。

【００３２】まず、図３（ａ）に示すように、サブマウ
ントＳＭの半導体レーザチップＬＤの接合された面の裏
面側に、真空蒸着などの方法により第２ハンダＳＬｂを
成膜する。上記の第２ハンダＳＬｂとしては、その融点
（第２融点）が第１ハンダＳＬａの融点（第１融点）よ
りも低いものを用いる。

【００３３】次に、成膜された第２ハンダＳＬｂ側から
サブマウントＳＭを位置決めしてヒートシンクＨＳ上に
マウントし、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度
で熱処理を施すことにより、第１ハンダ接合ＳＪａのハ
ンダを再溶融することなく、第２ハンダＳＬｂのみを溶
融させることができ、これを固化させることで、ヒート
シンクに対するサブマウントの位置決めを行って接合す
ることができる。以降は、パッケージ部材などを組み立
てることで、図１に示すＣＡＮパッケージ形態の半導体
レーザを製造することができる。

【００３４】本実施形態に係るＣＡＮパッケージ形態の
半導体レーザの製造方法では、半導体レーザチップＬＤ
とサブマウントＳＭとをハンダによりに接合し、サブマ
ウントＳＭとヒートシンクＨＳとをハンダにより接合し
ているので、半導体レーザチップＬＤからの熱放散特性
を向上することができる。さらに、サブマウントＳＭに
対する半導体レーザチップＬＤの位置決めを行って接合
した後、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度で熱
処理することにより、このハンダ接合ＳＪａを再溶融す
ることなく、ヒートシンクＨＳに対するサブマウントＳ
Ｍの位置決めを行って接合することができる。

【００３５】第２実施形態本実施形態は、第１実施形態と同様、ＣＡＮパッケージ
化した形態の半導体レーザに係り、その構造は実質的に
第１実施形態と同様である。

【００３６】上記のＣＡＮパッケージ形態の半導体レー
ザの製造方法について図４の斜視図を用いて説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、予めフォトダイオード
ＰＤや電極などが形成された半導体ブロックなどからな
るサブマウントＳＭの半導体レーザチップ接合箇所に、
真空蒸着などの方法により第１ハンダＳＬａを成膜す
る。さらに、サブマウントＳＭの半導体レーザチップ接
合面の裏面側に、真空蒸着などの方法により第２ハンダ
ＳＬｂを成膜する。上記の第２ハンダＳＬｂとしては、
その融点（第２融点）が第１ハンダＳＬａの融点（第１
融点）よりも低いものを用いる。次に、成膜された第１
ハンダＳＬａ上に、半導体レーザチップＬＤを位置決め
してマウントする。

【００３７】次に、図４（ｂ）に示すように、第２ハン
ダＳＬｂの成膜面がテーブルなどに接触しないように、
サブマウントＳＭを保持具ＨＤにより中空に保持しなが
ら、第１ハンダＳＬａの融点以上の熱処理を施すことに
より第１ハンダＳＬａを溶融し、冷却することで固化さ
せ、形成される第１ハンダ接合ＳＪａにより、半導体レ
ーザチップＬＤとサブマウントＳＭとを接合する。

【００３８】上記の熱処理により、第２ハンダＳＬｂも
溶融するが、第２ハンダＳＬｂの成膜面がテーブルなど
に接触していないので、第２ハンダＳＬｂを未使用のま
ま保つことができる。溶融状態での第２ハンダＳＬｂの
酸化などを防止するために、窒素などの不活性ガスを吹
きつけることも好ましく行うことができる。

【００３９】以降は、図３（ｂ）に示す第１実施形態と
同様に、第２ハンダＳＬｂ側からサブマウントＳＭを位
置決めしてヒートシンクＨＳ上にマウントし、第１の融
点未満かつ第２の融点以上の温度で熱処理を施して、第
１ハンダ接合ＳＪａのハンダを再溶融することなく、第
２ハンダ接合ＳＪｂを形成し、さらにパッケージ部材な
どを組み立てることで、本実施形態に係るＣＡＮパッケ
ージ形態の半導体レーザを製造することができる。

【００４０】本実施形態に係るＣＡＮパッケージ形態の
半導体レーザの製造方法では、半導体レーザチップＬＤ
とサブマウントＳＭとをハンダによりに接合し、サブマ
ウントＳＭとヒートシンクＨＳとをハンダにより接合し
ているので、半導体レーザチップＬＤからの熱放散特性
を向上することができる。さらに、サブマウントＳＭに
対する半導体レーザチップＬＤの位置決めを行って接合
した後、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度で熱
処理することにより、このハンダ接合ＳＪａを再溶融す
ることなく、ヒートシンクＨＳに対するサブマウントＳ
Ｍの位置決めを行って接合することができる。

【００４１】第３実施形態本実施形態は、第１実施形態と同様、ＣＡＮパッケージ
化した形態の半導体レーザに係り、その構造は実質的に
第１実施形態と同様である。

【００４２】上記のＣＡＮパッケージ形態の半導体レー
ザの製造方法について図５および図６の斜視図を用いて
説明する。まず、図５（ａ）に示すように、シリコン半
導体ウェーハ上に、複数個のサブマウント領域毎にフォ
トダイオードや電極などを形成して、サブマウント集積
ウェーハＳＳを形成する。次に、サブマウント集積ウェ
ーハＳＳの各サブマウント領域における半導体レーザチ
ップ接合箇所に、真空蒸着などの方法により第１ハンダ
ＳＬａを成膜する。次に、各サブマウント領域におい
て、成膜された第１ハンダＳＬａ上に、半導体レーザチ
ップＬＤを位置決めしてマウントする。

【００４３】次に、図５（ｂ）に示すように、テーブル
ＴＢ上にて、第１ハンダＳＬａの融点以上の熱処理を施
すことにより第１ハンダＳＬａを溶融し、冷却すること
で固化させ、形成される第１ハンダ接合ＳＪａにより、
半導体レーザチップＬＤとサブマウントＳＭとを接合す
る。サブマウント集積ウェーハＳＳの半導体レーザチッ
プＬＤの接合された面の裏面側にはハンダなどは形成さ
れていないので、テーブルＴＢ上に戴置して熱処理して
も何ら問題は生じない。

【００４４】まず、図６（ａ）に示すように、サブマウ
ント集積ウェーハＳＳの半導体レーザチップＬＤの接合
された面の裏面側に、真空蒸着などの方法により第２ハ
ンダＳＬｂを成膜する。上記の第２ハンダＳＬｂとして
は、その融点（第２融点）が第１ハンダＳＬａの融点
（第１融点）よりも低いものを用いる。

【００４５】次に、図６（ｂ）に示すように、サブマウ
ント集積ウェーハＳＳを各サブマウントＳＭ領域毎にダ
イシング（個片処理）する。以上で、第１実施形態と同
様の図３（ａ）に示す形態と同じ形態となり、この工程
以降は第１実施形態と同様に、第２ハンダＳＬｂ側から
サブマウントＳＭを位置決めしてヒートシンクＨＳ上に
マウントし、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度
で熱処理を施して、第１ハンダ接合ＳＪａのハンダを再
溶融することなく、第２ハンダ接合ＳＪｂを形成し、さ
らにパッケージ部材などを組み立てることで、本実施形
態に係るＣＡＮパッケージ形態の半導体レーザを製造す
ることができる。

【００４６】本実施形態に係るＣＡＮパッケージ形態の
半導体レーザの製造方法では、半導体レーザチップＬＤ
からの熱放散特性を向上し、サブマウントＳＭに対する
半導体レーザチップＬＤの位置決めを行って接合した
後、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度で熱処理
することにより、このハンダ接合ＳＪａを再溶融するこ
となく、ヒートシンクＨＳに対するサブマウントＳＭの
位置決めを行って接合することができることに加えて、
さらに、サブマウント集積ウェーハＳＳを用いることに
より、複数個のサブマウントＳＭに対して、各ハンダの
成膜および半導体レーザチップＬＤの接合を同時に行う
ことができ、製造の効率を向上させることができる。

【００４７】第４実施形態本実施形態は、第３実施形態と同様にサブマウント集積
ウェーハＳＳを用いるＣＡＮパッケージ化した形態の半
導体レーザの製造方法である。

【００４８】まず、図７（ａ）に示すように、シリコン
半導体ウェーハ上に、複数個のサブマウント領域毎にフ
ォトダイオードや電極などを形成して、サブマウント集
積ウェーハＳＳを形成する。次に、サブマウント集積ウ
ェーハＳＳの各サブマウント領域における半導体レーザ
チップ接合箇所に、真空蒸着などの方法により第１ハン
ダＳＬａを成膜する。さらに、サブマウント集積ウェー
ハＳＳの半導体レーザチップＬＤ接合面の裏面側に、真
空蒸着などの方法により第２ハンダＳＬｂを成膜する。
上記の第２ハンダＳＬｂとしては、その融点（第２融
点）が第１ハンダＳＬａの融点（第１融点）よりも低い
ものを用いる。次に、各サブマウント領域において、成
膜された第１ハンダＳＬａ上に、半導体レーザチップＬ
Ｄを位置決めしてマウントする。

【００４９】次に、図７（ｂ）に示すように、第２ハン
ダＳＬｂの成膜面がテーブルなどに接触しないように、
サブマウント集積ウェーハＳＳを支持体ＳＰにより中空
に保持しながら、第１ハンダＳＬａの融点以上の熱処理
を施すことにより第１ハンダＳＬａを溶融し、冷却する
ことで固化させ、形成される第１ハンダ接合ＳＪａによ
り、半導体レーザチップＬＤとサブマウント集積ウェー
ハＳＳの各サブマウントとを接合する。

【００５０】上記の熱処理により、第２ハンダＳＬｂも
溶融するが、第２ハンダＳＬｂの成膜面がテーブルなど
に接触していないので、第２ハンダＳＬｂを未使用のま
ま保つことができる。溶融状態での第２ハンダＳＬｂの
酸化などを防止するために、窒素などの不活性ガスを吹
きつけることも好ましく行うことができる。

【００５１】以降は、第３実施形態と同様に、サブマウ
ント集積ウェーハＳＳを各サブマウントＳＭ領域毎にダ
イシング（個片処理）した後、第２ハンダＳＬｂ側から
サブマウントＳＭを位置決めしてヒートシンクＨＳ上に
マウントし、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度
で熱処理を施して、第１ハンダ接合ＳＪａのハンダを再
溶融することなく、第２ハンダ接合ＳＪｂを形成し、さ
らにパッケージ部材などを組み立てることで、本実施形
態に係るＣＡＮパッケージ形態の半導体レーザを製造す
ることができる。

【００５２】本実施形態に係るＣＡＮパッケージ形態の
半導体レーザの製造方法では、半導体レーザチップＬＤ
からの熱放散特性を向上し、サブマウントＳＭに対する
半導体レーザチップＬＤの位置決めを行って接合した
後、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度で熱処理
することにより、このハンダ接合ＳＪａを再溶融するこ
となく、ヒートシンクＨＳに対するサブマウントＳＭの
位置決めを行って接合することができることに加えて、
さらに、サブマウント集積ウェーハＳＳを用いることに
より、複数個のサブマウントＳＭに対して、各ハンダの
成膜および半導体レーザチップＬＤの接合を同時に行う
ことができ、製造の効率を向上させることができる。

【００５３】第５実施形態図８（ａ）は本実施形態に係るレーザカプラの模式構成
図であり、図８（ｂ）は要部拡大斜視図である。例え
ば、シリコンの単結晶を切り出した基板である集積回路
基板ＰＤＩＣをヒートシンクＨＳとして、この上面にモ
ニター用の光検出素子としてのＰＩＮダイオードＰＤ３
が形成されたサブマウントＳＭが配置され、さらに、こ
のサブマウントＳＭ上に、半導体レーザチップＬＤが配
置されている。ここで、半導体レーザチップＬＤとサブ
マウントＳＭは、第１ハンダ接合ＳＪａにより接合さ
れ、一方、サブマウントＳＭと集積回路基板ＰＤＩＣは
第２ハンダ接合ＳＪｂにより接合されている。第１ハン
ダ接合ＳＪａを構成する第１ハンダと第２ハンダ接合Ｓ
Ｊｂを構成する第２ハンダは融点が異なっており、第１
ハンダの融点（第１融点）よりも第２ハンダの融点（第
２融点）の方が低い。

【００５４】集積回路基板ＰＤＩＣには、例えば第１フ
ォトダイオードＰＤ１，および第２フォトダイオードＰ
Ｄ２が形成され、この第１および第２フォトダイオード
（ＰＤ１，ＰＤ２）上に、半導体レーザチップＬＤと所
定間隔をおいて、プリズムＰＲが搭載されている。上記
の構成が、第１パッケージ部材ＰＫ１の凹部に装填さ
れ、ガラスなどの透明な第２パッケージ部材ＰＫ２によ
り封止されている。

【００５５】半導体レーザチップＬＤから出射されたレ
ーザ光ＬＴは、プリズムＰＲの分光面Ｓで反射して進行
方向を屈曲し、第２パッケージ部材ＰＫ２から出射方向
に出射され、例えば対物レンズなどを介して光ディスク
（ＣＤ）などの被照射対象物に照射される。上記の被照
射対象物からの反射光は、被照射対象物への入射方向と
反対方向に進み、レーザカプラからの出射方向からプリ
ズムＰＲの分光面Ｓに入射する。このプリズムＰＲの上
面で焦点を結びながら、プリズムＰＲの下面となる集積
回路基板ＰＤＩＣ上に形成された第１フォトダイオード
ＰＤ１および第２フォトダイオードＰＤ２に入射する。
第１フォトダイオードＰＤ１および第２フォトダイオー
ドＰＤ２から、入射した光の量に応じた電気信号に変換
され、トラッキングエラー信号、フォーカスエラー信号
および光記録信号などが検出される。

【００５６】また、サブマウントＳＭ上に形成されたＰ
ＩＮダイオードＰＤ３は、半導体レーザチップＬＤのリ
ア側に出射されたレーザ光ＬＴ’を感知し、レーザ光の
強度を測定して、レーザ光の強度が一定となるように駆
動電流を制御するＡＰＣ（Automatic Power Control ）
制御が行われる。

【００５７】本実施形態に係るレーザカプラは、ＣＤ、
ＤＶＤあるいはその他の光ディスクシステムの光学ピッ
クアップ装置を構成するのに好適な複合光学装置であ
る。上記レーザカプラにおいて、半導体レーザチップＬ
ＤがハンダによりサブマウントＳＭに接合されており、
かつ、サブマウントＳＭがハンダによりヒートシンクＨ
Ｓとなる集積回路基板ＰＤＩＣに接合されているので、
半導体レーザチップＬＤからの熱放散特性を向上するこ
とができる。

【００５８】本実施形態に係るレーザカプラは、半導体
レーザチップＬＤ、サブマウントＳＭおよび集積回路基
板ＰＤＩＣの部分に関しては、第１実施形態と同様の方
法で製造することができる。即ち、サブマウントＳＭに
対する半導体レーザチップＬＤの位置決めを行って接合
した後、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度で熱
処理することにより、このハンダ接合ＳＪａを再溶融す
ることなく、集積回路基板ＰＤＩＣに対するサブマウン
トＳＭの位置決めを行って接合することができる。

【００５９】第６実施形態図９は本実施形態に係るレーザカプラの模式構成図であ
る。例えば、パッケージ部材ＰＫの一部を構成するヒー
トシンクＨＳ上に、サブマウントＳＭが配置され、さら
に、このサブマウントＳＭ上に半導体レーザチップＬＤ
が配置されている。また、ヒートシンクＨＳ上に、集積
回路基板ＰＤＩＣが配置されている。ここで、半導体レ
ーザチップＬＤとサブマウントＳＭは、第１ハンダ接合
ＳＪａにより接合され、一方、サブマウントＳＭと集積
回路基板ＰＤＩＣは第２ハンダ接合ＳＪｂにより接合さ
れている。第１ハンダ接合ＳＪａを構成する第１ハンダ
と第２ハンダ接合ＳＪｂを構成する第２ハンダは融点が
異なっており、第１ハンダの融点（第１融点）よりも第
２ハンダの融点（第２融点）の方が低い。

【００６０】パッケージ部材ＰＫの開口部は、レンズ
（ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３）を備えたマルチレンズと、
偏光分離面などの分光面（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ）を
有するマルチプリズムＭＰが配置されて、これによりパ
ッケージ内部が封止されている。

【００６１】半導体レーザチップＬＤから出射されたレ
ーザ光ＬＴは、マルチプリズムＭＰの分光面Ｓａを透過
して出射方向に出射され、例えば対物レンズなどを介し
て光ディスク（ＭＤ）などの被照射対象物に照射され
る。上記の被照射対象物からの反射光は、被照射対象物
への入射方向と反対方向に進み、レーザカプラからの出
射方向から入射して、マルチプリズムＭＰの分光面Ｓａ
で反射し、さらに分光面（Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃ）において
それぞれ入射光の一部が透過し、残部が反射して集積回
路基板ＰＤＩＣのフォトダイオードに入射する構成であ
る。

【００６２】本実施形態に係るレーザカプラは、ＭＤあ
るいはその他の光ディスクシステムの光学ピックアップ
装置を構成するのに好適な複合光学装置である。上記レ
ーザカプラにおいて、半導体レーザチップＬＤがハンダ
によりサブマウントＳＭに接合されており、かつ、サブ
マウントＳＭがハンダによりヒートシンクＨＳに接合さ
れているので、半導体レーザチップＬＤからの熱放散特
性を向上することができる。

【００６３】本実施形態に係るレーザカプラは、半導体
レーザチップＬＤ、サブマウントＳＭおよびヒートシン
クＨＳの部分に関しては、第１実施形態と同様の方法で
製造することができる。即ち、サブマウントＳＭに対す
る半導体レーザチップＬＤの位置決めを行って接合した
後、第１の融点未満かつ第２の融点以上の温度で熱処理
することにより、このハンダ接合ＳＪａを再溶融するこ
となく、ヒートシンクＨＳに対するサブマウントＳＭの
位置決めを行って接合することができる。

【００６４】第７実施形態図１０は本実施形態に係るレーザカプラの模式構成図で
ある。例えば、集積回路基板ＰＤＩＣをヒートシンクＨ
Ｓとして、この上面にサブマウントＳＭが配置され、さ
らに、このサブマウントＳＭ上に半導体レーザチップＬ
Ｄが配置されている。ここで、半導体レーザチップＬＤ
とサブマウントＳＭは、第１ハンダ接合ＳＪａにより接
合され、一方、サブマウントＳＭと集積回路基板ＰＤＩ
Ｃは第２ハンダ接合ＳＪｂにより接合されている。第１
ハンダ接合ＳＪａを構成する第１ハンダと第２ハンダ接
合ＳＪｂを構成する第２ハンダは融点が異なっており、
第１ハンダの融点（第１融点）よりも第２ハンダの融点
（第２融点）の方が低い。

【００６５】集積回路基板ＰＤＩＣ上に、半導体レーザ
チップＬＤと所定間隔をおいて、プリズムＰＲが搭載さ
れ、パッケージ部材ＰＫの開口部は、回折格子（ＧＲ
１，ＧＲ２）および異方性光学プリズムＩＰを有する光
学部材によりパッケージ内部が封止されている。

【００６６】半導体レーザチップＬＤから出射されたレ
ーザ光ＬＴは、回折格子（ＧＲ１，ＧＲ２）を経て出射
方向に出射され、例えば対物レンズなどを介して光ディ
スクなどの被照射対象物に照射され、上記の被照射対象
物からの反射光は、被照射対象物への入射方向と反対方
向に進み、レーザカプラからの出射方向から入射して、
回折格子ＧＲ２で進行方向を屈曲させ、異方性光学プリ
ズムＩＰにより分割されながら、集積回路基板ＰＤＩＣ
のフォトダイオードに入射する構成である。

【００６７】本実施形態に係るレーザカプラは、光ディ
スクシステムの光学ピックアップ装置を構成するのに好
適な複合光学装置である。上記レーザカプラにおいて、
半導体レーザチップＬＤがハンダによりサブマウントＳ
Ｍに接合されており、かつ、サブマウントＳＭがハンダ
によりヒートシンクＨＳに接合されているので、半導体
レーザチップＬＤからの熱放散特性を向上することがで
きる。

【００６８】本実施形態に係るレーザカプラは、半導体
レーザチップＬＤ、サブマウントＳＭおよびヒートシン
クＨＳとなる集積回路基板ＰＤＩＣの部分に関しては、
第１実施形態と同様の方法で製造することができる。即
ち、サブマウントＳＭに対する半導体レーザチップＬＤ
の位置決めを行って接合した後、第１の融点未満かつ第
２の融点以上の温度で熱処理することにより、このハン
ダ接合ＳＪａを再溶融することなく、集積回路基板ＰＤ
ＩＣに対するサブマウントＳＭの位置決めを行って接合
することができる。

【００６９】本実施形態のレーザカプラは、図１１に示
すように、ヒートシンクＨＳ上にサブマウントＳＭと半
導体レーザチップＬＤが接合され、また、ヒートシンク
ＨＳ上の他の部分に集積回路基板ＰＤＩＣが固着されて
いる構成とすることも可能である。

【００７０】本発明は、上記の実施の形態に限定されな
い。上記の各実施形態では、半導体発光素子としては半
導体レーザに限らず、ＬＥＤなどの半導体発光素子を用
いてもよい。第１のハンダおよび第２のハンダは、例示
したハンダに限らず、融点が異なっており、その間の温
度の熱処理で一方が溶融し、他方が溶融しない温度を選
択できれば、どのようなハンダを用いてもよい。その
他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更をする
ことができる。

【００７１】

【発明の効果】本発明の光学装置によれば、半導体レー
ザチップなどの半導体発光素子チップ、サブマウントお
よびヒートシンクが順に接合された構成の光学装置にお
いて、半導体発光素子チップが第１の融点を有する第１
のハンダにより上記サブマウントに接合されており、か
つ、サブマウントが上記第１の融点よりも低い第２の融
点を有する第２のハンダにより上記ヒートシンクに接合
されているので、半導体発光素子チップからの熱放散特
性を向上することができる。

【００７２】また、本発明光学装置の製造方法によれ
ば、サブマウントに対する半導体発光素子チップの位置
決めを行って接合した後、第１の融点未満かつ第２の融
点以上の温度で熱処理することにより、この接合ハンダ
を再溶融することなく、ヒートシンクに対するサブマウ
ントの位置決めを行って接合することができ、例えばサ
ブマウントに接合された半導体レーザチップを発光させ
ながらサブマウントごと位置合わせして、数μｍ程度に
まで高精度に位置決め可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光学
装置の一部切欠斜視図であり、図１（ｂ）は要部拡大斜
視図である。

【図２】図２は図１に示す光学装置の製造方法の製造工
程を示す斜視図であり、（ａ）は半導体レーザチップの
マウント工程まで、（ｂ）は第１ハンダ接合を形成する
熱処理工程までを示す。

【図３】図３は図２の続きの工程を示す斜視図であり、
（ａ）は第２ハンダを成膜する工程まで、（ｂ）は第２
ハンダ接合を形成する熱処理工程までを示す。

【図４】図４は第２実施形態に係る光学装置の製造方法
の製造工程を示す斜視図であり、（ａ）は半導体レーザ
チップのマウント工程まで、（ｂ）は第１ハンダ接合を
形成する熱処理工程までを示す。

【図５】図５は第３実施形態に係る光学装置の製造方法
の製造工程を示す斜視図であり、（ａ）は半導体レーザ
チップのマウント工程まで、（ｂ）は第１ハンダ接合を
形成する熱処理工程までを示す。

【図６】図６は図５の続きの工程を示す斜視図であり、
（ａ）は第２ハンダを成膜する工程まで、（ｂ）はダイ
シング工程までを示す。

【図７】図７は第４実施形態に係る光学装置の製造方法
の製造工程を示す斜視図であり、（ａ）は半導体レーザ
チップのマウント工程まで、（ｂ）は第１ハンダ接合を
形成する熱処理工程までを示す。

【図８】図８（ａ）は第５実施形態に係る光学装置の模
式構成図であり、図８（ｂ）は要部拡大斜視図である。

【図９】図９は、第６実施形態に係る光学装置の模式構
成図である。

【図１０】図１０は、第７実施形態に係る光学装置の模
式構成図である。

【図１１】図１１は、第７実施形態に係る光学装置の模
式構成図である。

【図１２】図１２（ａ）は、従来の光学装置の一部切欠
斜視図であり、図１２（ｂ）は要部拡大斜視図である。

【符号の説明】

ＡＪ…銀ペースト接合、ＧＲ１，ＧＲ２…回折格子、Ｈ
Ｄ…保持具、ＨＳ…ヒートシンク、ＩＰ…異方性光学プ
リズム、ＬＤ…半導体レーザチップ、ＬＳ１，ＬＳ２，
ＬＳ３…レンズ、ＬＴ…光、ＭＬ…マルチレンズ、ＭＰ
…マルチプリズム、ＰＤ，ＰＤ１，ＰＤ２，ＰＤ３…フ
ォトダイオード、ＰＤＩＣ…集積回路基板、ＰＫ，ＰＫ
１，ＰＫ２…パッケージ部材、ＰＲ…プリズム、Ｓ，Ｓ
ａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ…分光面、ＳＬａ，ＳＬｂ…ハン
ダ、ＳＪ，ＳＪａ，ＳＪｂ…ハンダ接合、ＳＭ…サブマ
ウント、ＳＰ…支持体、ＳＳ…サブマウント集積ウェー
ハ、ＴＢ…テーブル、ＷＤ…窓。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5D119 AA33 AA36 AA38 BA01 FA05 FA28 FA32 NA04 5F073 AB21 AB25 AB27 BA04 EA29 FA02 FA06 FA13 FA22 FA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体発光素子チップと、上記半導体発光素子チップが接合されたサブマウント
と、上記サブマウントが接合されたヒートシンクとを有し、上記半導体発光素子チップが第１の融点を有する第１の
ハンダにより上記サブマウントに接合されており、上記サブマウントが上記第１の融点よりも低い第２の融
点を有する第２のハンダにより上記ヒートシンクに接合
されている光学装置。
【請求項２】上記サブマウントが、上記半導体発光素子
チップの接合された面の裏面側から上記ヒートシンクに
接合されている請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】上記サブマウントに受光素子が形成されて
いる請求項１に記載の光学装置。
【請求項４】上記ヒートシンクは受光素子が形成された
半導体素子である請求項１に記載の光学装置。
【請求項５】上記ヒートシンクに受光素子が形成された
半導体素子が接合されている請求項１に記載の光学装
置。
【請求項６】上記ヒートシンクが固着されているパッケ
ージ部材に収容されている請求項１に記載の光学装置。
【請求項７】上記パッケージ部材に光学部材がさらに固
着されている請求項６に記載の光学装置。
【請求項８】上記光学部材は、レンズを含む請求項７に
記載の光学装置。
【請求項９】上記光学部材は、プリズムを含む請求項７
に記載の光学装置。
【請求項１０】上記光学部材は、回折光学素子を含む請
求項７に記載の光学装置。
【請求項１１】第１の融点を有する第１のハンダによ
り、半導体発光素子チップをサブマウントに接合する工
程と、上記第１の融点よりも低い第２の融点を有する第２のハ
ンダにより、上記サブマウントをヒートシンクに接合す
る工程とを有する光学装置の製造方法。
【請求項１２】上記サブマウントを上記ヒートシンクに
接合する工程においては、上記第１の融点未満かつ上記
第２の融点以上の温度の熱処理を施す請求項１１に記載
の光学装置の製造方法。
【請求項１３】上記サブマウントを上記ヒートシンクに
接合する工程においては、上記サブマウントの上記半導
体発光素子チップが接合された面の裏面側から接合する
請求項１１に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１４】上記半導体発光素子チップを上記サブマ
ウントに接合する工程の前に、上記サブマウントの一の
面上に上記第１のハンダを成膜する工程をさらに有し、上記半導体発光素子チップをサブマウントに接合する工
程の後、上記サブマウントを上記ヒートシンクに接合す
る工程の前に、上記サブマウントの上記一の面の裏の面
上に上記第２のハンダを成膜する工程をさらに有する請
求項１１に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１５】上記半導体発光素子チップを上記サブマ
ウントに接合する工程の前に、上記サブマウントの一の
面上に上記第１のハンダを成膜する工程と、上記サブマ
ウントの上記一の面の裏の面上に上記第２のハンダを成
膜する工程をさらに有する請求項１１に記載の光学装置
の製造方法。
【請求項１６】上記半導体発光素子チップを上記サブマ
ウントに接合する工程において、上記第２のハンダの成
膜面を中空に浮かせた状態で上記第１の融点以上の温度
の熱処理を施す請求項１５に記載の光学装置の製造方
法。
【請求項１７】上記半導体発光素子チップを上記サブマ
ウントに接合する工程においては、複数個のサブマウン
トが集積されたサブマウント集積ウェーハに対応する個
数の上記半導体発光素子チップを接合し、上記半導体発光素子チップをサブマウントに接合する工
程の後、上記サブマウントを上記ヒートシンクに接合す
る工程の前に、上記サブマウント集積ウェーハを個片処
理する工程をさらに有する請求項１１に記載の光学装置
の製造方法。
【請求項１８】上記半導体発光素子チップを上記サブマ
ウント集積ウェーハに接合する工程の前に、上記サブマ
ウント集積ウェーハの一の面上に上記第１のハンダを成
膜する工程をさらに有し、上記半導体発光素子チップをサブマウント集積ウェーハ
に接合する工程の後、上記サブマウントを個片処理する
工程の前に、上記サブマウント集積ウェーハの上記一の
面の裏の面上に上記第２のハンダを成膜する工程をさら
に有する請求項１７に記載の光学装置の製造方法。
【請求項１９】上記半導体発光素子チップを上記サブマ
ウント集積ウェーハに接合する工程の前に、上記サブマ
ウント集積ウェーハの一の面上に上記第１のハンダを成
膜する工程と、上記サブマウント集積ウェーハの上記一
の面の裏の面上に上記第２のハンダを成膜する工程をさ
らに有する請求項１７に記載の光学装置の製造方法。
【請求項２０】上記半導体発光素子チップを上記サブマ
ウント集積ウェーハに接合する工程において、上記第２
のハンダの成膜面を中空に浮かせた状態で上記第１の融
点以上の温度の熱処理を施す請求項１９に記載の光学装
置の製造方法。