JP3889742B2 - 半導体レーザ装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体レーザ装置の製造方法に関する。

近年、半導体レーザ装置の改良が数多くなされているが、その中で例えば特許文献１で開示された半導体レーザ装置とそれの支持具を、図8の平面断面図と、図8のＣＣ断面図である図9に従い説明する。これらの図に於て、第１リード４１上に受光素子４２が載置され、その上に半導体レーザ素子４３が載置されている。半導体レーザ素子４３の副出射面と受光素子４２の受光面４４までを透光性樹脂４５が覆っている。第２リード４６と第３リード４７が第１リード４１と離れて設けられ、各々金属細線４８、４９にて配線されている。そして、受光素子４２と半導体レーザ素子４３と金属細線４８、４９を開放する様に絶縁枠５０が設けられ、この半導体レーザ装置５１が光学部品５２を内蔵した支持具５３に固定されている。
特開平６−５３６０３号公報

しかし上述の半導体レーザ装置では、受光面４４への受光量が装置によりばらつく、という第１の欠点がある。図5（ｂ）に示す様に、１２０個の装置の各々の受光電流値を測定し、それを棒グラフで表した。この図で判る様に、受光量のばらつきが大きい。本発明者がその原因を究明したところ、第１に絶縁枠５０の内壁５４、５５、５６が第１リード４１に対して垂直に形成されているからである。すなわち、半導体レーザ素子４３の副出射面からの副出射光の１部が透光性樹脂４５を貫き、それが内壁５５に反射され直接に、又はその反射光が内壁５４と５６で反射され再び受光面４４に入射し、入射光量がばらつくからである。

第２の原因は、透光性樹脂４５を注射器等で滴下し略ドーム状に形成しているが、その滴下量がばらつき、かつ滴下後の最終形状がばらつくためである事が判った。また、絶縁枠５０の大きさを小さく出来ない欠点もある。その理由は、金属細線４８、４９をボンディングするキャピラリ５７と、内壁５４、５５、５６との間に所定の隙間が必要なためである。

第２の欠点は、半導体レーザ素子４３の主出射面上の発光点と光学部品５２との関係位置が正規の位置からずれる事である。その原因は、第１リード４１の端面５８にタイバー跡５９が形成されており、そのタイバー跡５９があるため、支持具５３の基準面５８と一様に当接しないためである。故に、本発明はこの様な従来の欠点を考慮して、受光量のばらつきの少ない、かつ光学部品との関係位置を正確に保持出来る半導体レーザ装置を提供するものである。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、請求項1に記載のように、複数のリードと、前記リードの１つの上に載置された半導体レーザ素子と、前記複数のリードの表と裏を挟むように形成され、前記半導体レーザ素子を収納するとともに前記半導体レーザ素子の主出射面を露出する凹部を有した絶縁枠とを具備し、前記半導体レーザ素子の主出射側に於けるリードの端面が基準面に当接される半導体レーザ装置の製造方法であって、前記リードを有するリードフレームが切断される前に、前記リードフレームを２個のリテーナ間につなげる複数のタイバーが設けられ、このタイバーは、前記半導体レーザ素子の主出射側に於けるリードの端面とは結ばれず、その端面と反対側が結ばれている事を特徴とする。

本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、請求項２に記載のように、切断される前の前記タイバーは、前記絶縁枠からその左右に延びるリードの端面に結ばれている事を特徴とする。

半導体レーザ素子の主出射側に於けるリードの端面とは反対側にタイバーを結ぶので、主出射側に於けるリードの端面はタイバー跡がなく平坦になり、半導体レーザ装置の位置を正しく維持する事ができる。

上述の課題を解決するために、リードと、リード上に載置され受光面を有する受光素子と、受光素子上に又はその前方のリード上に載置されかつ前方に主出射面と後方に副出射面を有する半導体レーザ素子と、受光素子と半導体レーザ素子とを収納する凹部を有する様にリードの周辺に形成され、かつ受光素子の後方に位置する凹部の内部に於て外向きに傾斜した内壁が形成され、かつその内壁と略直交する凹部の内部に於て傾斜した内壁が形成された絶縁枠とを設けるものである。

望ましくは、少なくとも半導体レーザ素子の副出射面から受光素子の受光面までの領域を露出させるものである。

更に望ましくは、半導体レーザ素子の主出射方向側に於て、リードの端面をタイバー跡がなく平坦に形成するものである。

上述の様に、受光素子の後方の凹部の内部に於て外向きに傾斜した内壁を設け、それに略直交する凹部の内部に於て外向きに傾斜した内壁を設けるので、半導体レーザ素子の副出射面からの光は後方の内壁およびそれに略直交する内壁で反射され、斜め上方に進行する。故に、この反射光は受光面に進入しないので、受光量のばらつきが少ない。

望ましくは、半導体レーザ素子の副出射面から受光面までの領域を露出させるので、従来の様に、この間に透光性樹脂の量のばらつきによる受光量のばらつきが少なくなる。

更に望ましくは、半導体レーザ素子の主出射方向側に於て、リードの端面はタイバー跡がなく平坦に形成されているので、リードの端面は支持具の基準面と一様に当接される。その結果、半導体レーザ素子の発光点と支持具の光学部品との関係位置が正しく維持出来る。

以下に、本発明の実施例に係る半導体レーザ装置を図1乃至図4に従い説明する。図１は本実施例に係る半導体レーザ装置とそれを支持する支持具の斜視図、図２はそれらの平面図、図３は図２のＡＡ断面図、図４は図２のＢＢ断面図である。

これらの図に於て、リード１は厚みが０．２乃至１．０ｍｍの銅等の金属材料ならなり、載置部２と突出部３と端子部４とを有する。望ましくは、リード１の端面５はタイバー跡がなく平坦に形成されている。また望ましくは、リード１の突出部３には、例えば円弧状の孔６が形成されている。

受光素子７は例えばＰ−Ｉ−Ｎ構造からなり、半導体基板８の裏面に裏面電極９と、表面に表面電極１０、１１が形成されたものである。表面電極１０はＰ型拡散領域からなる受光面１２とオーミック接触して形成され、表面電極１１は受光面１２と離れた位置に形成されている。受光素子７は銀ペースト等の導電性接着剤を介してリード１上に固着されている。

半導体レーザ素子１３は例えば、活性層とそれを挟むクラッド層からなるＧａＡｌＡｓの発光層から構成されている。半導体レーザ素子１３の両端面は劈開され、その両端面上に反射膜が形成されている。半導体レーザ素子１３は前方に主出射面が位置する様に、受光素子７の表面電極１１上に銀ペーストまたは半田を介して固着されている。半導体レーザ素子１３は後方に副出射面が形成されている。すなわち、半導体レーザ素子１３は後方にモニター用の副出射が行われる様に、後面の反射膜の反射率が前面のそれよりも高くなる様に形成されている。

他のリード１４、１５は銅等の金属材料からなり、共にリード１と離れて位置し、半導体レーザ素子１３の主出射方向と逆に延びている。金属細線１６、１７１８は共に金等からなり、各々受光素子７の表面電極１０と他のリード１４との間、半導体レーザ素子１３と他のリード１５との間、受光素子７の表面電極１１とリード１との間を結ぶ様に配線されている。

絶縁枠１９は例えばポリカーボネート樹脂又はエポキシ樹脂からなり、半導体レーザ素子１３の主出射面を露出する様に、かつ受光素子７と半導体レーザ素子１３と金属細線１６、１７、１８を開放する凹部２０を有する様に、リード１と他のリード１４、１５の周辺に形成されている。

すなわち、絶縁枠１９は例えばリード１と他のリード１４、１５の各表面と裏面を挟む様に、トランスファーモールドにより形成されている。また、絶縁枠１９の凹部２０に於て、受光素子７の後方に位置する内壁２１と、それに略直交する内壁２２、２３は外向きに傾斜する様に形成されている。つまり、内壁２１、２２、２３は各々リード１との角度が鈍角になる様に、上方に行く程、空間が広がる様に傾斜している。

また望ましくは、半導体レーザ素子１３の副出射面から受光素子７の受光面１２までの領域は大気中に露出させた方が良い。何故ならば従来の様に、この両者間に透光性樹脂を設けると、上述した様に樹脂量のばらつき及び最終形状のばらつきにより、受光面での受光量が大きくばらつくからである。本実施例の様に両者間を露出させる事により、受光面１２での受光量は減るが、ばらつきは極めて少なくなる。

これらの部品により、本実施例の半導体レーザ装置２４が構成されている。また本実施例と異なり、半導体レーザ素子１３を受光素子７の前方のリード１上にサブマウントを介して載置し、半導体レーザ素子１３の光軸を受光面１２より高い位置に設けても良い。

この半導体レーザ装置２４に於て、半導体レーザ素子１３の副出射面から出た光の１部は絶縁枠１９の内壁２１で反射され、その反射光の１部は斜め上方に進行し、受光面１２に再び入射しない。また上述の反射光の残部は絶縁枠１９の凹部２０の内部で迷光２６となるが、この迷光２６も内壁２２、２３で反射され、殆ど全部が斜め上方に進行する。その結果、光２５は再び受光面１２に入射する事がないので、受光量は安定しばらつきが少なくなる。

また、金属細線１６、１７、１８を各々他のリード１４、１５とリード１に接続するために、通常はワイヤボンダーのキャピラリ２７によりボンディングされている。本実施例の様に、絶縁枠１９の内壁２１、２２、２３は外向きに傾斜しているので、キャピラリ２７の先端の傾斜部と接触せずにかつ近接してボンティング出来る。故に、キャピラリ２７の入る空間を従来より狭く出来るので、半導体レーザ装置２４の小型化が計れる。

そして支持具２８に形成された透孔２９に半導体レーザ装置２４は挿入され、支持具２８に形成されたネジ孔３０と半導体レーザ装置２４の孔６が合わされ、ビス等（図示せず）により固定されている。支持具２８の透孔２９の先端には、回折格子とハーフミラーと対物レンズからなる光学部品３１が固定されている。

また上述した様に望ましくは、リード１の端面５はタイバー跡がなく平坦に形成されているので、支持具２８の基準面３２と端面５は完全に当接している。故に、半導体レーザ素子１３の主出射面上の発光点と、支持具２８の光学部品３１との関係位置を正しく維持出来る。

次に、この半導体レーザ装置２４の受光電流値の測定結果を図５（ａ）に従い説明する。横軸は受光電流値（ｍＡ）であり、縦軸は測定された１２０個の装置に於ける、各々の受光電流値に対する個数である。この図より、受光量すなわち受光電流のばらつきが従来より極めて少ない事が判る。

次に、この半導体レーザ装置２４の経時変化特性を図６に従い説明する。この図に於て、横軸は経過時間であり、縦軸は受光電流値である。実線で示した半導体レーザ装置２４の特性では、連続運転した時の受光電流の変化量が少ない事が判る。例えば、４００時間運転した時の受光電流値は初期値の±２％以内の値である。これに対して、破線で示した従来の装置では、初期値の約＋２０％に変化する事が判る。これは連続運転する事により透光性樹脂に於て、樹脂の収縮により樹脂の外形形状が変化し、受光量が変化するものと考えられる。

最後に、この半導体レーザ装置２４の製造について図７に従い説明する。図７はリードフレームが切断される前の工程を示す平面図である。この図に於て、リードフレーム３３は２個のリテーナ３４間に複数のタイバー３５がつながる様にプレス加工にて打ち抜かれている。複数のタイバー３５の所定個所に絶縁枠１９が形成され、受光素子と半導体レーザ素子と金属細線（いずれも図示せず）が設けられている。

この図に於て注目すべきは、半導体レーザ素子の主出射側に於けるリードの端面５がタイバー３５と結ばれていなく、端面５と反対側がタイバー３５と結ばれている事である。つまり、端面５はプレス加工にて打ち抜かれおり平坦であり、タイバー３５の跡がない。故に、端面５は支持具２８の基準面３２と完全に当接される。

上述の様に、受光素子の後方とそれに略直交する絶縁枠の凹部に於て外向きに傾斜した内壁を設けるので、半導体レーザ素子の副出射面からの光は後方の内壁およびそれに略直交する内壁で反射され、斜め上方に進行する。故に、この反射光は受光面に進入しないので、受光量のばらつきが少なくなり、出力制御が正確に行える。

望ましくは、半導体レーザ素子の副出射面から受光面までの領域を露出させるので、従来の様に、この間に透光性樹脂の量のばらつきによる受光量のばらつきが少なくなる。

更に望ましくは、半導体レーザ素子の主出射方向側に於て、リードの端面はタイバー跡がなく平坦に形成されているので、リードの端面は支持具の基準面と完全に当接される。その結果、半導体レーザ素子の発光点と支持具の光学部品との関係位置が正しく維持出来る。

複数のリードを樹脂製の絶縁枠にて一体化したパッケージに半導体レーザ素子を組み込んだ半導体レーザ装置として利用する事ができる。

本発明の実施例に係る半導体レーザ装置と、支持具の斜視図である。 本発明の実施例に係る半導体レーザ装置と、それを支持する支持具の平面断面図である。 図２のＡＡ断面図である。 図２のＢＢ断面図である。 図５（ａ）は本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の受光電流値分布図であり、図５（ｂ）は従来の半導体レーザ装置の受光電流値分布図である。 本発明の実施例に係る半導体レーザ装置と従来の半導体レーザ装置に於ける、各々の経時変化特性図である。 本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の製造を説明するための図面である。 従来の半導体レーザ装置と、それを支持する支持具の平面断面図である。 図８のＣＣ断面図である。

符号の説明

１リード
７ 受光素子
１３ 半導体レーザ素子
１９ 絶縁枠
２０ 凹部
２１、２２、２３内壁

Claims (2)

1. 複数のリードと、前記リードの１つの上に載置された半導体レーザ素子と、前記複数のリードの表と裏を挟むように形成され、前記半導体レーザ素子を収納するとともに前記半導体レーザ素子の主出射面を露出する凹部を有した絶縁枠とを具備し、前記半導体レーザ素子の主出射側に於けるリードの端面が基準面に当接される半導体レーザ装置の製造方法であって、前記リードを有するリードフレームが切断される前に、前記リードフレームを２個のリテーナ間につなげる複数のタイバーが設けられ、このタイバーは、前記半導体レーザ素子の主出射側に於けるリードの端面とは結ばれず、その端面と反対側が結ばれている事を特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。
2. 切断される前の前記タイバーは、前記絶縁枠からその左右に延びるリードの端面に結ばれている事を特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置の製造方法。

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