(57)【要約】【課題】高出力レーザチップのようにチップサイズが大きく発熱量の大きいレーザチップの場合でも、ヒートシンクを大きくして放熱特性を向上させながら外径が小さく、かつ、安価で簡便に製造できる構造の半導体レーザ、その製法およびそれを用いた薄型の光ピックアップを提供する。【解決手段】平面形状がほぼ円形のベース１１にその一つの直径に対して一定間隔を隔てて、２本のリード１３、１５が固定され、ベース１１の一面側に、２本のリード１３、１５と平行で、かつ、ベース１１と垂直な一つの面１２ａを有するヒートシンク１２が設けられることによりステム１が形成されている。ヒートシンク１２の一つの面１２ａにレーザチップ２がマウントされ、その周囲がキャップ５により被覆されている。ヒートシンク１２は、レーザチップ２のレーザ光出射位置がベース１１の中心になるように固着されている。【選択図】　　　　図１
2004031900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面形状がほぼ円形のベースと、該ベースにそれぞれ絶縁体を介して固定される２本のリードと、該ベースの一面側に設けられ、前記２本のリードで形成される面と平行で、かつ、該ベースと垂直な一つの面を有するヒートシンクと、該ヒートシンクの前記一つの面に固着されるレーザチップとからなり、前記２本のリードが前記ベースの一つの直径に対して一定間隔を隔ててほぼ平行になるように設けられ、前記ヒートシンクは、前記リードを固定する絶縁体と接触しないように前記ベースに固着され、かつ、前記レーザチップの出射位置が前記ベースの中心になるように固着されてなる半導体レーザ。
【請求項２】
前記ベースの他面側にコモンリードが設けられ、該コモンリードは、平面視で前記２本のリードの中心線上で、かつ、前記ベースの周端部より、前記一定間隔だけ前記ベースの中心側にずれた位置に固着されてなる請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
前記２本のリードの前記一面側の端部における間隔が、該端部以外の前記２本のリードの間隔より大きくなるように前記２本のリードの先端部の形状が変形されてなる請求項１または２記載の半導体レーザ。
【請求項４】
平面形状がほぼ円形のベースと、該ベースにそれぞれ絶縁体を介して固定される２本のリードと、該ベースの一面側に設けられ、前記２本のリードで形成される面と平行で、かつ、該ベースと垂直な一つの面を有するヒートシンクと、該ヒートシンクの前記一つの面に固着されるレーザチップとからなり、前記２本のリードの前記一面側の端部における間隔が、該端部以外の前記２本のリードの間隔より大きくなるように前記２本のリードの先端部の形状が変形されてなる半導体レーザ。
【請求項５】
前記レーザチップがサブマウントを介して前記ヒートシンクに固着され、該サブマウントがＡｌＮからなり、該サブマウント表面に設けられる中継用導電性部材を介して、ワイヤボンディングにより前記レーザチップの１つの電極が前記ヒートシンクと電気的に接続されてなる請求項１ないし４のいずれか１項記載の半導体レーザ。
【請求項６】
金属性のベースに、該ベースを貫通するように２本のリードを絶縁性部材を介して固定し、該ベースの一面側における前記２本のリードの端部をプレス加工により変形させることにより、該端部におけるリードの間隔が該端部以外のリードの間隔より広くなるようにし、該２本のリードと並んで前記ベースの一面側に設けられるヒートシンクにレーザチップを固着することを特徴とする半導体レーザの製法。
【請求項７】
半導体レーザと、回折格子と、前記半導体レーザから出射する光と反射して戻る光とを分離するビームスプリッタと、前記半導体レーザからのビームを平行光とするコリメートレンズと、前記半導体レーザからのビームを直角方向に曲げる反射鏡と、前記ビームをディスク上に収束させる対物レンズと、前記ディスクからの反射光を前記ビームスプリッタにより分離して検出する光検出器とからなり、前記半導体レーザが請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体レーザである光ピックアップ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク；ｄｉｇｉｔａｌ　ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　ｄｉｓｋ）、ＤＶＤ−ＲＯＭ、データ書き込み可能なＣＤ−Ｒ／ＲＷなどのピックアップ用光源に用いるのにとくに適した、小形、かつ、安価で簡便に製造できる構造の半導体レーザに　　　　　　関する。さらに詳しくは、ＤＶＤ用やＣＤ−Ｒ／ＲＷ用などのレーザチップが大きくなっても、小さな外形、かつ、安価で簡便に形成し得るステムタイプ構造の半導体レーザ、その製法およびその半導体レーザを用いた光ピックアップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のＣＤ用のピックアップなどに用いられるステムタイプの半導体レーザは、図８に示されるような構造になっている。すなわち、鉄などの金属材料を冷間鍛造法により成形して、ベース２１の中心部の一部を盛り上げてヒートシンク部２２を形成し、リード２３、２５をガラス２６などにより固定したステム２０が用いられ、このヒートシンク部２２にレーザチップ３１がシリコン基板などからなるサブマウント３４を介してマウントされ、一方の電極（チップ３１の裏側）がサブマウント３４の中継部３８を介してワイヤ３３によりリード２３と電気的に接続され、他方の電極はワイヤ３３を介してサブマウント３４に接続され、その裏面を介してヒートシンク部２２およびベース２１を経てコモンリード２４と電気的に接続されている。
【０００３】
なお、３２はモニター用の受光素子で、一方の電極はワイヤ３３を介してリード２５と、他方の電極はサブマウント３４、ヒートシンク部２２およびベース２１を介してコモンリード２４とそれぞれ電気的に接続されている。そしてその周囲にキャップ３５が被せられることにより形成されている。キャップ３５の頂部中央部にはレーザチップ３１により発光する光が透過するように貫通孔３５ａが設けられ、ガラス板３６が接着剤３７により封着されている。
【０００４】
この構造では、リード２３、２５間にヒートシンク部２２を形成しなければならないにも拘わらず、リード２３、２５をガラス２６などにより封着しなければならないため、ステム２０の径を小さくすることができない。そのため、従来は外形が５．６ｍｍφ程度のものしか作られていない。
【０００５】
一方、最近のＣＤやＤＶＤなどのピックアップは、ノート型パソコンなどに代表されるように電子機器の軽薄短小化に伴い、非常に薄型のものが要求され、ピックアップでは横向きにして用いられる半導体レーザはその外径の小さいものが要求され、外径を３．５ｍｍφ程度以下にすることが望まれており、図９に示されるように、板状体を絞り加工してリング２７およびヒートシンクとする台座部２８を一体に形成し、そのリング２７内にガラス２９などによりリード２３、２５を直接封着してステム２０を形成し、キャップ３５をそのステム２０の外周に圧入により被せるタイプのものも開発されている。このような構造にすることにより、ステムのベースに直接ヒートシンクを形成する必要がなく、また、キャップを溶接するスペースを必要としないため、３．３ｍｍφ程度のものが可能となっている。なお、図８と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【０００６】
しかしながら、この構造では、リード２３、２５間にヒートシンク２２を形成しているため、小形化に伴い、ヒートシンクも必然的に小さくなってしまう。チップサイズが０．２５ｍｍ×０．２５ｍｍ角程度と小さく、動作電流も小さいＣＤ用のレーザチップでは、ヒートシンクの形状が小さくなっても差し支えないが、チップサイズが０．２５ｍｍ×０．５ｍｍ角程度と大きく、発熱量も大きいＤＶＤ用のレーザチップでは、放熱が充分でないとレーザチップが発光しなくなるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明者は、前述の図８のステムタイプと同等程度のヒートシンクの大きさを確保することで放熱特性を悪化させず、パッケージ全体の小形化の要求をも満たす半導体レーザを開発した（たとえば特許文献１参照）。すなわち、図１０に示されるように、少なくとも２本のリード２３、２５が両側に突出するように固定されるベース２１の一面側に設けられるヒートシンク２２を、ベースと固着する支持部２２ａとレーザチップのマウント部とで形状を異ならせ、その支持部２２ａの上部で突出する２本のリード２３、２５側に延びるようにヒートシンク２２が形成されている。このような構造にすることにより、レーザチップマウント面を幅広に形成することができ、放熱性が向上し、かつ、リード２３、２５の間隔を狭くすることができる。その結果、ステム２０の径を小さくすることができ、３．３ｍｍφ程度の大きさでもＤＶＤ用のレーザチップを搭載することが可能となっている。なお、図８と同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１１１１５２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ＤＶＤなどのピックアップの薄型化に伴い、最近ではノートパソコンにもＤＶＤが汎用品として標準搭載されるようになっているが、ノートパソコンの低価格化に伴いピックアップ、半導体レーザも安価にすることが要求されている。しかし、従来の小形化と放熱特性の両面を確保した構造では、平面的に見てヒートシンクとリード（リードを固着するガラス部を含む）とが重なる構造（オーバーハング）になっているため、ヒートシンクが２部品となることが多く、また、一部品であっても複雑形状となることが多く、製造工程が複雑化したり、一部品として製作してもコストが高くなるという問題がある。
【００１０】
さらには、最近の記録メディア市場の発展により、ＣＤ−Ｒ／ＲＷが急速普及し、ＤＶＤと同様にパソコンの標準装備となりつつある。ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のレーザとしては、高出力半導体レーザが用いられおり、高出力を達成するためにチップサイズが０．２５ｍｍ×０．８ｍｍ角程度とＤＶＤ用のレーザチップよりもさらに大きく、動作電流もＣＤ用の４〜５倍程度と大きい。したがって、高出力半導体レーザを小形化する際にも、放熱特性が悪いと所望の光出力を達成することができなくなるという問題もある。
【００１１】
本発明はこのような状況に鑑みなされたもので、高出力レーザチップのようにチップサイズが大きく発熱量の大きいレーザチップの場合でも、ヒートシンクを大きくして放熱特性を向上させながら外径が小さく、かつ、安価で簡便に製造できる構造の半導体レーザを提供することを目的とする。
【００１２】
本発明の他の目的は、ピックアップの回路基板の設計変更およびハウジングの形状変更をすることなく使用できる構造の半導体レーザを提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のような高出力でチップサイズが大きく発熱量の大きいレーザチップの場合でも、外径の小さいステムのリード間にレーザチップをマウントできるようにすることにより、高さの低い半導体レーザを提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、大きなレーザチップを搭載しながら、外径が小さく、かつ、高さも低くすることができる半導体レーザの製法を提供することにある。
【００１５】
本発明のさらに他の目的は、ノート型パソコンなどに用いられるような光ピックアップを薄型化し、電子機器の薄型化を達成することができる安価な光ピックアップ装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による半導体レーザは、平面形状がほぼ円形のベースと、該ベースにそれぞれ絶縁体を介して固定される２本のリードと、該ベースの一面側に設けられ、前記２本のリードで形成される面と平行で、かつ、該ベースと垂直な一つの面を有するヒートシンクと、該ヒートシンクの前記一つの面に固着されるレーザチップとからなり、前記２本のリードが前記ベースの一つの直径に対して一定間隔を隔ててほぼ平行になるように設けられ、前記ヒートシンクは、前記リードを固定する絶縁体と接触しないように前記ベースに固着され、かつ、前記レーザチップの出射位置が前記ベースの中心になるように固着されている。
【００１７】
ここにほぼ円形のベースとは、完全な円形だけを意味するのではなく、位置決め用のスロットがベース周端部に数箇所形成されているもの、ベース周端部の一部が欠落しているものなども含む。また、該ベースの一つの直径には、位置決めスロットにより端部が一部欠落している場合には、欠落がないものとして考えられる直径を含む。
【００１８】
この構造にすることにより、平面的に見て（ステムを上面から見て）、２本のリードがヒートシンクのレーザチップをボンディングする一つの面から離間して形成されることとなり、狭いリードの間隔にしても充分にヒートシンクの体積を確保することができ、リードとヒートシンクをオーバーハングさせる必要が無くなり、ヒートシンクを単純形状の一部品で形成できる。その結果、３．５ｍｍφ程度の外径とするための狭いリード間隔にしても、熱放散に充分なヒートシンクを設けることができ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のようにさらにチップサイズが大きくて発熱の大きいレーザチップでも小形のパッケージにすることができると共に、簡便な製造工程により製造でき、ヒートシンクの製作も容易で製造コストを低減することが可能となる。
【００１９】
さらに、前記ベースの他面側にコモンリードが設けられ、該コモンリードは、平面視で前記２本のリードの中心線上で、かつ、前記ベースの周端部より、前記一定間隔だけ前記ベースの中心側にずれた位置に固着される構造にすることにより、コモンリードと他のリードの間隔は、本発明でも従来構造と変わることがなく、半導体レーザを使用するピックアップ中の回路基板の設計変更をする必要がなくなると共に、従来型の半導体レーザを用いることもでき、回路基板の互換性をも確保することができる。
【００２０】
前記２本のリードの前記一面側の端部における間隔が、該端部以外の前記２本のリードの間隔より大きくなるように前記２本のリードの先端部の形状が変形されることにより、高出力で大形のレーザチップでも、リード間にレーザチップをマウントすることができ、リード端部より上側にレーザチップをマウントできるようにヒートシンクを高くしなくてもよいため、外径が小さいと共に高さも低い高出力用の半導体レーザが得られる。
【００２１】
本発明による半導体レーザの他の形態は、平面形状がほぼ円形のベースと、該ベースにそれぞれ絶縁体を介して固定される２本のリードと、該ベースの一面側に設けられ、前記２本のリードで形成される面と平行で、かつ、該ベースと垂直な一つの面を有するヒートシンクと、該ヒートシンクの前記一つの面に固着されるレーザチップとからなり、前記２本のリードの前記一面側の端部における間隔が、該端部以外の前記２本のリードの間隔より大きくなるように前記２本のリードの先端部の形状が変形されている。
【００２２】
前記レーザチップがサブマウントを介して前記ヒートシンクに固着され、該サブマウントがＡｌＮからなり、該サブマウント表面に設けられる中継用導電性部材を介して、ワイヤボンディングにより前記レーザチップの１つの電極が前記ヒートシンクと電気的に接続される構造にすることができる。すなわち、リードの間隔に縛られることなく大きいヒートシンクを形成することができ、かつ、単純な形状でヒートシンクを形成することができるため、レーザチップをボンディングするヒートシンクの平坦面を充分に大きくことができ、ワイヤボンディングのスペースを確保することができる。その結果、熱伝導率の大きいＡｌＮからなるヒートシンクを用いながら、ＡｌＮにタングステンビアを形成した高価なサブマウントを使用することなく、安価で高特性の半導体レーザが得られる。
【００２３】
本発明による半導体レーザの製法は、金属性のベースに、該ベースを貫通するように２本のリードを絶縁性部材を介して固定し、該ベースの一面側における前記２本のリードの端部をプレス加工により変形させることにより、該端部におけるリードの間隔が該端部以外のリードの間隔より広くなるようにし、該２本のリードと並んで前記ベースの一面側に設けられるヒートシンクにレーザチップを固着することを特徴とする。
【００２４】
本発明による光ピックアップ装置は、半導体レーザと、回折格子と、前記半導体レーザから出射する光と反射して戻る光とを分離するビームスプリッタと、前記半導体レーザからのビームを平行光とするコリメートレンズと、前記半導体レーザからのビームを直角方向に曲げる反射鏡と、前記ビームをディスク上に収束させる対物レンズと、前記ディスクからの反射光を前記ビームスプリッタにより分離して検出する光検出器とからなり、前記半導体レーザが請求項１ないし５のいずれか１項記載の半導体レーザからなっている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体レーザについて説明をする。本発明による半導体レーザは、その一実施形態の断面説明図ならびにそのステム部の斜視および平面説明図が図１（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ示されるように、平面形状がほぼ円形のベース１１の一つの直径に対して一定間隔を隔ててほぼ平行になるように、ベース１１に絶縁体１６を介して２本のリード１３、１５が固定され、ベース１１の一面側に、２本のリード１３、１５で形成される面と平行で、かつ、ベース１１と垂直な一つの面１２ａを有するヒートシンク１２が設けられることによりステム１が形成されている。ヒートシンク１２の一つの面１２ａにレーザチップ２がマウントされ、その周囲がキャップ５により被覆されている。ヒートシンク１２はリード１３、１５を固定する絶縁体１６と接触しないように、ベース１１に固着され、かつ、レーザチップ２のレーザ光出射位置がベース１１の中心になるように固着されている。
【００２６】
ステム１は、ベース１１、ヒートシンク１２およびベース１１に設けられた貫通孔に軟質ガラス１６などにより封着されたリード１３、１５と、ベース１１に直接溶接などにより設けられたコモンリード１４とからなっている。本発明では、ベース１１に封着されるリード１３、１５がベース中心線（直径）上ではなく、一つの中心線から平行に一定間隔ｄ（図２（ｂ）参照）だけずらせて設けられ、それに伴ってヒートシンク１２のレーザチップ２がマウントされる一つの面１２ａが、ベース１１面から同じ幅で垂直に立ち上がり、レーザチップ２のレーザ光出射位置がステム１の中心位置になるようにヒートシンク１２が設けられていることに特徴がある。すなわち、従来のこの種のステムでは、２本のリード１３、１５はベースの中心線上に設けられることが慣例になっていたが、本発明ではその慣例を破って中心線からずらせて設けられている。
【００２７】
図１に示されるベース１１の厚さは、たとえば１ｍｍ程度で、その径が３．５ｍｍφ程度に、リード１３、１５を固着する貫通孔の径は、たとえば０．７５ｍｍφ程度で、その間隔は１．１ｍｍφ程度にそれぞれ形成される。
【００２８】
２本のリード１３、１５の間隔は図１０に示される従来構造と同じ１．１ｍｍであるが、一つの直径Ａから平行に一定間隔ｄ、たとえば０．３ｍｍだけずらせて形成されている。その結果、後述するように、コモンリード１４もその距離ｄだけベース１１の中心側にずらせて取り付ければ、３本のリードの関係を従来構造と同じ関係を維持しながらヒートシンク１２を大きくすることができる。
【００２９】
リード１３、１５は、たとえば０．３ｍｍφ程度のＦｅ−Ｎｉ合金棒などからなり、軟質ガラス１６などからなるガラスビーズによりベース１１の貫通孔に封着されている。コモンリード１４は、たとえばコバール（登録商標）からなっており、ベース１１と電気的に接続するため直接ベース１１の他面（裏面）に溶接などにより固着されている。
【００３０】
このコモンリード１４は、図２に示されるように、平面視で２本のリード１３、１５の中心線上でベース１１の周端部から、２本のリード１３、１５がベース１１の一つの中心線（直径）Ａに対して平行移動した距離ｄと同じ距離ｄ離れた位置に固着されることがより好ましい。このように配置すると、コモンリード１４と他のリード１３、１５との関係は、従来構造と同じになり、半導体レーザを使用するピックアップ中の回路基板の設計変更をする必要がなくなるとともに、従来型の半導体レーザを用いることもでき、回路基板の互換性をも確保することができるからである。
【００３１】
ヒートシンク１２は、図１に示される例では、熱伝導の良好な銅ブロックなどからなり、レーザチップ２をマウントするほぼ平面状の一つの面、レーザチップマウント面１２ａを有すると共に、他の面は、たとえば断面形状が円弧状で、底面から上面までほぼ同じ断面形状に形成され、その底面がベース１１にロウ付けなどにより固着されている。レーザチップマウント面１２ａは、その幅が１．４ｍｍ程度に形成されている。この面は、サブマウント３をマウントしたり、ワイヤボンディングをする場合には、とくにその平面度が要求されるため、ベースに固着した後に、平坦化加工が行われるが、本発明では、ヒートシンク１２が単純な形状であるため、広い平坦面の面積を得やすく、後述する他の実施形態（図４）で示されるように、サブマウント３にＡｌＮを用いながら、ワイヤボンディングによりヒートシンク１２との電気的接続をすることができる。
【００３２】
ヒートシンク１２は銅ブロックの代りに鉄ブロックを用いても放熱性に余力があれば問題なく、安価に製造できるという利点もある。また、鉄板などから冷間鍛造法によりベース１１と共にヒートシンク１２を一体に形成することもできる。一体に形成すれば、ヒートシンク１２を固着する必要もなく、精度よく製造することができるという利点がある。なお、ヒートシンク１２は、他の面の断面形状が円弧状に限られるものではなく、底面から上面までほぼ同じ断面形状に形成され、上述のレーザチップマウント面１２ａを有していれば問題ない。
【００３３】
さらに別の例として、図３に同様のステム部の斜視説明図が示されるように、ヒートシンク１２を銅板の打抜きと折曲げなどにより形成し、ヒートシンク１２をベースに溶接またはロウ付けなどにより固着する構造でもよい。なお、図３に示されるように、ヒートシンク部を折り曲げることにより、限られた空間でその表面積を大きく形成することができ、放熱特性を向上させることができる。他の部分は前述の例と同様で、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００３４】
レーザチップ２は、レーザ光を出射するように形成されているが、その大きさはＣＤ用では２５０μｍ×２５０μｍ程度であるが、ＤＶＤ用では２５０μｍ×５００μｍ程度、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用では２５０μｍ×８００μｍ程度となる。しかし、それでも非常に小さく、その取扱を容易にし、さらに放熱性を確保するため、通常０．８ｍｍ×１ｍｍ程度の大きさのシリコン基板またはＡｌＮ（アルミナイトライド）などからなるサブマウント３上にボンディングされている。そして、図１（ａ）に示されるように、一方の電極はサブマウント３に金線８などのワイヤボンディングにより接続されてその裏面から導電性接着剤によりヒートシンク１２、ベース１１を介してコモンリード１４に接続され、他方の電極（裏面電極）はサブマウント３上の接続部３ａを介して金線８などのワイヤボンディングによりリード１３と接続されている。
【００３５】
このレーザチップ２がボンディングされたサブマウント３はダイボンコレット（吸着コレット）により搬送され、ヒートシンク１２にマウントされる。また、レーザチップ２の発光出力をモニターするための受光素子４が同様にサブマウント３に設けられ、その一方の電極はヒートシンク１２などを介してコモンリード１４に接続され、他方の電極は金線８などのワイヤボンディングによりリード１５と電気的に接続されている。なお、この受光素子４は、サブマウント１２とは別のところに設けられてもよいし、受光素子４を必要としない場合には、受光素子４はなくてもよい。
【００３６】
レーザチップ２の周囲には、キャップ（シェル）５がステム１に溶接されることにより設けられている。すなわち、キャップ５の底面（ベース１１と接する部分）にプロジェクション（突起部）が全周に亘って設けられ、その部分に電流が集中するようにして抵抗溶接などにより全周がハーメティックに封着されている。キャップ５は銅などの熱伝導のよい材料からなっているのが好ましいが、鉄やコバール（登録商標）などの溶接性の良好な金属でもよい。また、無光沢銀メッキなどが施されていることが、内面で光の乱反射を防止しやすいため好ましい。なお、キャップ５の頂部の中心部には、レーザ光が通過する窓部（貫通孔）５ａが設けられており、その窓部５ａにガラスなどの透明板６が低融点ガラスなどの接着剤７により貼着されている。
【００３７】
本発明の半導体レーザによれば、リード位置をヒートシンクのレーザチップマウント面の前面側に離間してずらせて配置しているため、リードとヒートシンクをオーバーハングさせる必要がなくなり、ヒートシンクは単純形状の一部品で形成できる。その結果、単純形状の一部品化が可能となり、２部品の固着工程を必要としない簡便な製造工程により製造できる構造になり、ヒートシンク部の製作が容易で製造コストの低減が図られる。すなわち、従来構造では、リード間隔を短くし、かつ、ヒートシンクを大きくするために、リードとヒートシンクがオーバーハングする構造であり、ヒートシンクが２部品となるか、一部品であっても複雑な形状となり、かつ、ヒートシンクのステム固着側の形状を小さくしなければならず、幾分ヒートシンク体積が小さくなるという問題があったのに対して、本発明によれば、単純形状の一部品化が可能となり、２部品の固着工程を必要としない簡便な製造工程により製造できる構造になり、ヒートシンクの製作が容易で製造コストの低減が可能となる。
【００３８】
また、３．５ｍｍφ程度の外径とするための狭いリード間隔にしても、ヒートシンク体積を小さくすることなく、むしろ大きくすることができ、熱放散に充分なヒートシンクを設けることができる。その結果、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用のようにさらにチップサイズが大きくて発熱の大きいレーザチップでも小形のパッケージにすることができる。
【００３９】
前述の例は、サブマウント３が、リード１３、１５の先端部より上側のヒートシンク１２上にマウントし得るように、ヒートシンク１２の高さが高く形成されている。これは、２本のリード１３、１５のピッチが１．１ｍｍ程度で、先端を潰しているため、先端部の間隔が０．８ｍｍより狭くなり、サブマウント３の幅が０．８ｍｍ程度あるため、ダイボンコレットによりサブマウントを吸着してマウントする際に、リード間隔を通過してマウントすることができないからである。その結果、キャップ５を被せた半導体レーザ全体の高さも高くなり、近年の電子機器の軽薄短小化の要求に必ずしも充分には応えられていない。このような点に鑑み、さらに小形化を可能とする構造が、図４に図１（ａ）および（ｂ）と同様の図で示されている。
【００４０】
すなわち、図４に示される構造は、リード１３、１５のレーザチップ２側（キャップ５で被覆される側；インナーリード）の先端部が、その間隔を大きくするように、プレス加工により変形されており、その広げられたリード間のスペースにサブマウント３が配置されるような構造にすることにより、ヒートシンク１２の高さが低く形成されている。また、図４に示される例では、レーザチップ２１として、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ用の高出力レーザチップ（たとえば縦×横が０．８ｍｍ×０．２５ｍｍ）が用いられ、サブマウント３１として、シリコン基板ではなく、さらに熱伝導率の優れたＡｌＮが用いられている。その他の構造は図１に示される構造と同じで、同じ部分には同じ符号を付してその説明を省略する。なお、この種の高出力用半導体レーザが用いられる光ピックアップ装置では、モニタ用受光素子は、半導体レーザとは別個に設けられるのが一般的で、図４に示される例でも、受光素子は図示されていない。
【００４１】
図４に示される例では、リード１３、１５のレーザチップ２１側先端部（インナーリードの先端部）の間隔が、ベース１１の反対側のリード（アウターリード）１３、１５の間隔より広くなるようにインナーリード先端部がプレス加工されている。たとえば、アウターリードの間隔は０．８ｍｍ程度（リードピッチが１．１ｍｍで、リード太さが０．３ｍｍ）であり、インナーリード先端部の間隔Ｗ（図４（ｂ）参照）は１．０５〜１．１５ｍｍ程度にされている。このようなリード先端部の加工は、たとえば図５に示されるような工程でプレス加工により形成することができる。
【００４２】
すなわち、まず従来のステム形成と同様に、ベース１１の貫通孔に、たとえばＦｅ−Ｎｉ合金からなるリード１３、１５を軟質ガラス１６（図４（ａ）参照）などにより封着する。そして、図５（ａ）に示されるように、窪みが形成されたダイ４１を両リード先端部の外側（２本のリードが並ぶ面で他方のリードと反対側）にそれぞれ配置し、リードの内側（２本のリードの間）からリード先端部のみに当るポンチ４２により圧接する。このときのリードの間隔Ｗ１は、たとえば０．８ｍｍ程度であるため、０．５ｍｍ程度の板状体となるが、超硬合金などの機械的強度の大きい材料でポンチ４２を形成することにより、細くて柔らかいリード１３、１５先端の加工をすることができる。なお、ポンチ４２は一方向のみに圧接する構造として、１本のリード先端部を変形した後に、ステムを１８０°回転させて他方のリードを同様に変形させてもよい。
【００４３】
その結果、図５（ｂ）に示されるように、リード先端部のポンチ４２により圧接された部分のみが外側に押し出され、内側端部は、本来のリードの中心線近傍またはそれより外側になるように変形する。
【００４４】
つぎに、図５（ｃ）に示されるように、広げられたリード間隔に相当する幅を有する凸部４３ａとその凸部４３ａと垂直な平面４３ｂを有する第２のポンチ４３をリード間に挿入し、第２のポンチ４３の凸部４３ａを逃げた凹部４４ａを有すると共に、平面４３ａに対向する平面４４ｂが形成された第２のダイス４４を圧接する。その結果、第２のポンチの平面４３ｂと第２のダイスの平面４４ｂとで、リード１３、１５は潰されるが、第２のポンチ４３の凸部４３ａにより、リード１３、１５の間隙部側には押し出されず、外側に押し出される（図５（ｄ）参照）。そして、第２のポンチ４３と第２のダイス４４を取り外せば、図５（ｅ）に示されるように、間隔Ｗ２がたとえば１．１ｍｍ程度に広がり、しかも先端部に平面部が形成されて、ワイヤボンディングが可能となるリード形状に成形することができる。
【００４５】
以上のようなプレス成形加工により、図４に示されるように、リード１３、１５の先端部の間隔Ｗが１．１ｍｍ程度と広がり、０．８ｍｍ幅のサブマウントを０．９ｍｍ程度の幅があるダイボンコレットにより搬送してヒートシンク１２上にマウントする場合でも、位置ずれの公差を考慮しても、リード間にマウントすることができる。その結果、図４に示されるように、ベース１１側に近い位置にマウントすることができ、ヒートシンク１２をその分低くすることができる。この場合のヒートシンク１２の高さＨは、１．３ｍｍ程度で、図１に示される場合の２．４５ｍｍよりも１．１５ｍｍ低くすることができた。なお、リード先端の加工は、図５に示される方法に限定されるものではなく、外側へ曲げる加工と平坦部を形成する加工を一度に成形金型により行ってもよく、また、予め加工したリードをベースに固着してもよい。一方、ベース１１の反対側のリード、すなわちアウターリードの間隔は、図１に示される構造と同じであり、半導体レーザの測定工程や光ピックアップ装置を組み立てる際のソケットに何ら変更をしなくてもよい。
【００４６】
図４に示される例では、前述のように、サブマウント３として、ＡｌＮ（アルミナイトライド）が用いられている。これは、ＣＤ−Ｒ／ＲＷのように非常に高出力のレーザチップでは、熱の発生量が大きいためで、シリコンよりも熱伝導の良好な材料が好ましいからである。このＡｌＮを使用する場合、一般的にはＡｌＮ基板を貫通して設けられるタングステンビアと呼ばれる導電体が埋め込まれたものが用いられている。これは、平面的なスペースを取ることなく絶縁性のＡｌＮの裏面に電気的に接続することができるためであるが、このようなタングステンビアが設けられたＡｌＮ基板は非常に高価であるという問題がある。
【００４７】
しかし、図４に示される実施形態では、このようなタングステンビアが形成されたＡｌＮ基板ではなく、ビアのないＡｌＮ基板を用いて、サブマウント３表面に形成された中継用導電性部材（メタライズ層）３ｂを介して金線８などをワイヤボンディングすることにより、レーザチップ２の一方の端子がヒートシンク１２を介してリード１４と電気的に接続されている。このような小形の半導体レーザでタングステンビアが形成されていないＡｌＮ基板を用いて、ワイヤボンディングにより接続することができるのは、つぎの理由による。
【００４８】
すなわち、前述の図１の実施形態で説明したように、本発明では、リード１３、１５をベース１１の中心線（直径の位置）からずらせることにより、ヒートシンクを簡単な形状で大きく形成し得るようにされているため、サブマウント３のマウント面積のみならず、ワイヤボンディングするための面積に対してもヒートシンク１２の平坦面を形成することができている。そのため、図４に示されるように、サブマウント３の横のヒートシンク１２上にワイヤボンディングをすることができる。その結果、高価なタングステンビアが埋め込まれたＡｌＮ基板ではなく、ビアのないＡｌＮ基板で、ワイヤボンディングによりレーザチップ２の一方の端子を、ヒートシンク１２を介してリード１４と電気的に接続することができる。
【００４９】
なお、図４において、３ｃはダイボン用メタライズ層で、レーザチップ２がその表面にＡｕ−Ｓｎロウ材などによりボンディングされ、レーザチップの他方の電極端子がダイボン用メタライズ層３ｃを介して金線８などのワイヤボンディングによりリード１３と電気的に接続されている。また、３ｄは、部品などの位置決めを行うアライメントマークで、他の部分はＡｌＮが露出している。
【００５０】
図４に示される構造にすることにより、リード先端部の高さの位置にもサブマウント３を搭載することができるため、ヒートシンク１２の高さＨを低くすることができ、前述のように、１．３ｍｍ程度にすることができる。その結果、キャップ５の高さも低くすることができ、半導体レーザ全体の高さを低くすることができる。そのため、光ピックアップ装置の厚さを薄くすることができるのみならず、外形を小さくすることができる。
【００５１】
すなわち、光ピックアップ装置の構成は、図７を参照して後述するが、その平面的に見た概要図が図６に示されるように、半導体レーザ５０を横向きに配置し、プリズムミラー５４により９０°ビーム方向を横向けて対物レンズ５５によりディスク上に収束させるが、半導体レーザ５０の高さが短くなることにより、光ピックアップ装置の長さＬをΔＬ、すなわち前述の１．１５ｍｍだけ短くすることができる。なお、半導体レーザのステムの径を小さくすることは、図６の紙面に垂直方向、すなわち厚さを薄くすることに寄与する。
【００５２】
以上のように、図４に示される構造にすることにより、半導体レーザの外径を小さくすることができるため、光ピックアップ装置を薄くできるのみならず、高さも短くすることができるため、光ピックアップ装置の長さも短くすることができ、光ピックアップ装置を非常に小形化することができる。しかも、外部に現れるリード（アウターリード）の間隔は、従来と変らず、電源と接続する接続用のソケットは従来と同じものを使用することができる。
【００５３】
さらに、本発明によれば、リードの位置をずらすことにより、小形パッケージでありながら、ヒートシンクを簡単な形状で、かつ、大きく形成することができるため、ワイヤボンディングをすることができる平坦なスペースをヒートシンクのマウント面に確保することができ、熱伝導性の優れたＡｌＮをサブマウントとして使用する場合でも、タングステンビアが埋め込まれた高価なものを使用しないで、非常に安価に高出力用の半導体レーザを得ることができる。
【００５４】
前述の図４に示される構造は、高出力用（ＤＶＤ用やＣＤ−Ｒ／ＲＷ用）に限らず、ＣＤ用のような低出力用の場合でもサブマウントの幅は同じであり（レーザチップの幅は同じで長さが出力により異なる）、リード先端部の幅を広げることにより、サブマウントをベースに近づけてマウントすることができる。小出力用の場合には、ヒートシンクをそれほど大きくしなくても問題がなく、また、サブマウントとしてシリコン基板を用いることができるため、図１や４に示されるように、リードをベースの中心線からずらせないで形成することもできる。
【００５５】
図７は、この外径の小さい半導体レーザを用いて、薄型の光ピックアップ装置を構成する例の概略を示す説明図である。すなわち、半導体レーザ５０を横向きに配置し、半導体レーザからの光を回折格子５１により、たとえば３ビーム法では３分割し、出射光と反射光とを分離するビームスプリッタ５２を介して、コリメータレンズ５３により平行ビームとし、プリズムミラー（反射鏡）５４により９０°（ｚ軸方向）ビームを曲げて対物レンズ５５によりＤＶＤやＣＤなどのディスク５６の表面に焦点を結ばせる。そして、ディスク５６からの反射光を、ビームスプリッタ５２を介して、凹レンズ５７などを経て光検出器５８により検出する構成になっている。なお、図７で半導体レーザ５０と光検出器５８とはほぼ同一面（ｘｙ面）内にある。
【００５６】
このように、半導体レーザ５０を横向きに配置し、ＤＶＤやＣＤなどと平行な方向にレーザビームを発射しながら、ＤＶＤなどの表面の凹凸を検出する構成、ＣＤの表面を焼き付ける構成にすることにより、光ピックアップ装置の薄型化は半導体レーザの外径に依存し、その外径を小さくすることにより、非常に薄型の光ピックアップ装置を構成することができる。前述のように外径が３．５ｍｍφ程度の本発明による半導体レーザを用いることにより、厚さが５ｍｍ程度の光ピックアップ装置が得られた。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、冷間鍛造法で形成するような金属性ベースを有するステムを使用しても、３．５ｍｍφ程度の非常に小形で、しかもチップサイズが大きく、発熱量も大きいＤＶＤやそれよりもチップサイズが大きく発熱量の大きいＣＤ−Ｒ／ＲＷ用の高出力レーザチップを用いた半導体レーザを得ることができる。さらに、ヒートシンクが製造工程の複雑化を招くことのない単純形状の一部品で形成できるため安価に得られると共にヒートシンクの体積を大きくすることができるため、放熱性に優れた非常に信頼性が高い半導体レーザが得られる。
【００５８】
また、インナーリードの先端部の形状を、リード間隔が他の部分よりも広くなるように形成することにより、レーザチップをボンディングしたサブマウントをベースに非常に近づけてマウントすることができるため、ヒートシンクの高さを低くすることができ、半導体レーザの高さを低くすることができる。さらに、サブマウントとして、アルミナイトライドのような絶縁基板を用いる場合でも、ヒートシンクにワイヤボンディングするスペースを確保することができ、タングステンビアを埋め込んだ高価なものを使用する必要がなく、高出力用の半導体レーザでも、信頼性の優れたものを非常に安価に得ることができる。
【００５９】
その結果、ＤＶＤ用やＣＤ−Ｒ／ＲＷ用などの光ピックアップ装置でも、非常に薄型で、かつ、小形の光ピックアップ装置を形成することができる。また、本発明の半導体レーザを用いた光ピックアップ装置によれば、ノートパソコンなどレーザ光源を使用する電子機器の薄型化および小形化に非常に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体レーザの一実施形態の構造を示す説明図である。
【図２】図１の半導体レーザにおけるリードの位置関係を示す説明図である。
【図３】本発明の半導体レーザにおける他の実施形態の構造を示す説明図である。
【図４】本発明の半導体レーザにおける他の実施形態の構造を示す説明図である。
【図５】図４のステムを形成する一例を示す工程説明図である。
【図６】図４に示される構造の半導体レーザを用いた場合に、光ピックアップ装置を小形化できることを説明する図である。
【図７】本発明による光ピックアップ装置の構成の説明図である。
【図８】従来の半導体レーザにおける構成例の説明図である。
【図９】従来の半導体レーザにおける構成例の説明図である。
【図１０】従来の半導体レーザにおける構成例の説明図である。
【符号の説明】
１　　ステム
２　　レーザチップ
１１　　ベース
１２　　ヒートシンク
１３　　リード
１４　　コモンリード
１５　　リード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2004031900.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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