(57)【要約】【課題】高出力半導体レーザに用いることの可能な放熱性に優れたパッケージを提供する。【解決手段】アイレット本体１８の半導体を実装する部１４の表面がヒートシンク１７で形成されていることを特徴とする光半導体用パッケージ。また、円板状の表面に四角柱のブロック部を有するアイレット本体と、キャップとを有し、光半導体を実装するブロック部の側面が、相対的にみて、前記熱伝導率の小さい領域と、該熱伝導率の小さい領域に挟まれた熱伝導率の大きい領域との、少なくとも２つの領域からなることを特徴とする。光半導体用パッケージの製造方法において、円板状のアイレット本体１８と円板状のヒートシンクとリング状の抵抗溶接に適した材料層１６を順に積層させたクラッド材をプレス成形することを特徴とする光半導体用パッケージの製造方法。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体用パッケージにおいて、円板状の表面にブロック部を有するアイレットと、キャップとを有し、前記アイレットのブロック部の側面に位置する、光半導体を実装する部の表面がヒートシンクで形成されていることを特徴とする光半導体用パッケージ。
【請求項２】
前記ヒートシンクがＣｕ若しくはＣｕを主成分とする材料からなる請求項１に記載の光半導体用パッケージ。
【請求項３】
前記ブロック部の２つの側面が接合される領域は、キャップとの抵抗溶接に適した材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光半導体用パッケージ。
【請求項４】
前記円板状の表面は、前記キャップとの抵抗溶接に適した材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光半導体用パッケージ。
【請求項５】
光半導体用パッケージにおいて、円板状の表面に四角柱のブロック部を有するアイレットと、キャップとを有し、光半導体を実装するブロック部の側面が、相対的にみて、前記熱伝導率の小さい領域と、該熱伝導率の小さい領域に挟まれた熱伝導率の大きい領域との、少なくとも２つの領域からなることを特徴とする光半導体用パッケージ。
【請求項６】
前記光半導体は、ブロック部側面のうち、前記熱伝導率の大きい領域の表面に実装されてなることを特徴とする請求項５に記載の光半導体用パッケージ。
【請求項７】
前記円板状の表面には、キャップとの抵抗溶接に適した材料が露出されてなることを特徴とする請求項５または６に記載の光半導体用パッケージ。
【請求項８】
前記熱伝導率の小さい領域は、キャップとの抵抗溶接に適した材料が露出されてなることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の光半導体用パッケージ。
【請求項９】
前記熱伝導率の大きい領域は、Ｃｕ若しくはＣｕを主成分とする材料が露出されてなることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記載の光半導体用パッケージ。
【請求項１０】
光半導体用パッケージの製造方法において、円板状のアイレット本体と円板状のヒートシンクとリング状の抵抗溶接に適した材料層を順に積層させたクラッド材をプレス成形して、円板状の表面に光半導体を実装するブロック部を有するアイレットを形成することを特徴とする光半導体用パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体を実装するパッケージおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体用パッケージ１０は，アイレット１１に形成された貫通孔に電気信号リード１５を貫通させ，絶縁材料１３により固定されている構造からなる。また，アイレット１１に直接電気信号リード１５が溶接されることもある。アイレット１１上面には光半導体を実装する部１４が設置されている。
【０００３】
一般に半導体レーザーは温度上昇により閾値が上昇し，低電流駆動においては光出力が低下する特性をもつ。そのため，駆動温度を常に低い温度で一定に保持することを目的として，図２に示すステム底面の外周に設置した放熱板２０を利用することにより熱を逃がす手段が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記記載の従来半導体レーザー用パッケージの場合，　例えば特許文献１のように，アイレット本体形成用部材１８，ヒートシンク形成用部材１７，抵抗溶接に適した材料１６よりなる図３記載のクラッド材１２を，金型によりプレス成形して打ち抜くことにより，金型形状に近い一体成形されたパッケージ図４を作成している。そのため，図５記載の光半導体を接合する部の断面は，抵抗溶接に適した材料層１６，例えば軟鉄が，ヒートシンク１７を覆うように形成されてしまう。また、アイレット本体、ヒートシンク形成用部材、抵抗溶接に適した材料よりなる図３記載のクラッド材を、金型によりプレス成形する光半導体用パッケージにおいては、特に光半導体を実装する部の先端に必ずプレス時にできる鉄の厚みむらが生じる。この厚みむらは例えば光半導体として、半導体レーザを実装した際のレーザ光を出射する側の部位で特に厚い。この厚みむらは制御することが困難で、発熱により温度上昇する光半導体の信頼性を欠く大きな原因になっている。このことは，特に消費電力を必要とするＧａＮ系光半導体素子に対しては放熱性の面で不利に働く。
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体用パッケージは、円板状の表面に四角柱のブロック部を有するアイレット本体と、キャップとを有し、前記アイレット本体１８のブロック部の側面に位置する、光半導体を実装する部１４の表面がヒートシンク１７で形成されていることを特徴とする。このような構成をとることにより、放熱性を著しく向上させることが可能である。
【０００５】
さらにまた、本発明の光半導体用パッケージにおいて、前記ヒートシンク１７がＣｕ若しくはＣｕを主成分とする材料からなる。ヒートシンクとしてＣｕは熱伝導率が大きく、光半導体の発熱を効率良くブロック部へ放熱でき好ましい。
【０００６】
さらにまた、前記ブロック部の２つの側面が接合される領域は、キャップとの抵抗溶接に適した材料からなることを特徴とする。
【０００７】
さらにまた、前記円板状の表面は、前記キャップとの抵抗溶接に適した材料からなることを特徴とする。キャップとの抵抗溶接として好ましい材料としては、Ｆｅやコバールなどが挙げられ、光半導体が実装されたアイレット本体とキャップとを強固に接合でき、キャップが剥れることを防止できると共に、不活性な窒素や、酸素などの従来の気密性を保つことが必要な半導体レーザ素子を強固に気密封止できるので好ましい。
【０００８】
また、本発明の光半導体用パッケージは、円板状の表面に四角柱のブロック部を有するアイレット本体と、キャップとを有し、光半導体を実装するブロック部の側面が、相対的にみて、前記熱伝導率の小さい領域と、該熱伝導率の小さい領域に挟まれた熱伝導率の大きい領域との、少なくとも２つの領域からなることを特徴とする。このようなブロック部の側面に光半導体を実装することで、放熱性に優れ、さらに信頼性も高い光半導体用パッケージを得ることができる。
【０００９】
さらにまた、前記光半導体は、ブロック部側面のうち、前記熱伝導率の大きい領域の表面に実装されてなることを特徴とする。熱伝導率の大きい領域の表面に光半導体を実装することで、光半導体からの発熱が効率良く放熱される。
【００１０】
さらにまた、前記円板状の表面には、キャップとの抵抗溶接に適した材料が露出されてなることを特徴とする。キャップとの抵抗溶接として好ましい材料としては、Ｆｅやコバールなどが挙げられ、光半導体が実装されたアイレット本体とキャップとを強固に接合でき、キャップが剥れることを防止できると共に、不活性な窒素や、酸素などの従来の気密性を保つことが必要な半導体レーザ素子を強固に気密封止できるので好ましい。
【００１１】
さらにまた、前記熱伝導率の小さい領域は、キャップとの抵抗溶接に適した材料が露出されてなることを特徴とする。
【００１２】
さらにまた、前記熱伝導率の大きい領域は、Ｃｕ若しくはＣｕを主成分とする材料が露出されてなることを特徴とする。ヒートシンクとしてＣｕは熱伝導率が大きく、光半導体の発熱を効率良くブロック部へ放熱でき好ましい。
【００１３】
本発明の光半導体用パッケージの製造方法において、円板状のアイレット本体１８と円板状のヒートシンクとリング状の抵抗溶接に適した材料層１６を順に積層させたクラッド材をプレス成形することを特徴とする。
【００１４】
本発明は，上記記載の問題を解決する為の製造方法として，以下の構成を特徴とするものである。すなわち抵抗溶接に適した材料層１６の中央に穴を設け，鉄を主成分とするアイレット本体１８，Ｃｕを主成分とするヒートシンク１７よりなるクラッド材を，金型によりプレス成形して打ち抜くことにより，少なくともキャップを抵抗溶接する部位に抵抗溶接に適した材料層を備えたステムが作成される。図８は本発明技術を示す模式的断面図である。これにより，抵抗溶接に適した材料層１６が，ヒートシンク１７を覆うように形成されることなく，光半導体をヒートシンク１７に直接実装することが可能となるため，パッケージの熱抵抗を小さくし，放熱性を向上させることが可能となる。
【００１５】
本件発明は特に消費電力の高いレーザに対してより有効である。本件においては窒化物半導体レーザを例にとり説明するが、これに限定される訳ではない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
従来技術では，光半導体を接合する部１４の断面は，抵抗溶接に適した材料層１６（例えば鉄：熱伝導率５０Ｗ／ｍＫ）が，ヒートシンク（例えばＣｕを主成分とする材料：熱伝導率４００Ｗ／ｍＫ）を覆うように形成されてしまうため，光半導体からの発熱を放熱板へ十分効率良く逃がすことが出来ない。
【００１７】
本発明では，光半導体を接合する部１４を除く面に，抵抗溶接に適した材料層１６を備えたステムであって，光半導体支持部がヒートシンク１７のみで構成されている。
【００１８】
このように形成されたパッケージに対し，特に発熱量の大きい窒化物半導体レーザを実装して熱抵抗を評価した。
【００１９】
熱抵抗の評価を，窒化物半導体レーザーにおける電圧の温度依存性により評価した．図６に，窒化物半導体レーザーにおける電圧の温度依存性をＰＵＬＳＥ駆動およびＣＷ駆動に対して測定した結果を示す。これは，例えば，放熱板と発光点（発熱源）温度との温度差を調べる際に用いられる方法である．例えば放熱板温度２０℃にてＣＷ駆動させた場合の電圧（図６中Ａ点）と，ＰＵＬＳＥ駆動させた際の電圧とが同じになるとき（図６中Ｂ点）の温度（図６中Ｃ点）は，放熱板温度２０℃にてＣＷ駆動させた場合の発光点（発熱源）温度に等しい。これにより，熱抵抗は、
熱抵抗　＝　｛発光点（発熱源）温度　−　放熱板温度｝　／　｛投入電力−光出力｝
により与えられる。ここで投入電力は図６中Ａ点にてＣＷ駆動させた場合の電力である。
【００２０】
このようにして熱抵抗の評価を，窒化物半導体レーザーにおける電圧の温度依存性により評価した結果、本発明におけるパッケージに対し，熱抵抗は一桁［℃／Ｗ］程度であった。
［実施の形態２］
本発明の、四角柱のブロック部を有するアイレットは、円板状のアイレット本体と円板状のヒートシンクとリング状の抵抗溶接に適した材料を順に積層させたクラッド材を、下面と上面とからプレス成形することにより形成される。上面からのプレスは、円板の内部にブロック部が形成されるように四角形の開口部を有するプレス板を用い、ヒートシンクに到達する深さまでプレスすることで得られる。このようにプレスすることで、アイレットの表面が抵抗溶接に適した材料で形成され、キャップと強固な接合ができると共に、光半導体を実装するブロック部の少なくとも内部がヒートシンクからなり、光半導体からの発熱を効率よく放熱できる。
【００２１】
本発明の抵抗溶接に適した材料は、図７に示すようにリング状である。つまり円板状であって、さらに内部に円形の開口部を有する。この開口部は以下のようにして設ける。図９にアイレット表面側から見たときの、円形の開口部２５と四角形のブロック部底面２４との関係を図示している。ここでは開口部となる円の中心と、ブロック部底面となる四角形の重心とを一致させる。このとき、円の直径を四角形の一辺と等しいかそれより長く、四角形の対角線と等しいかそれより短くする。このように円の直径を決めることで、光半導体を実装するブロック部の側面に、相対的にみて、前記熱伝導率の小さい領域と、該熱伝導率の小さい領域に挟まれた熱伝導率の大きい領域との、少なくとも２つの領域が形成される。そして熱伝導率の大きい領域に光半導体を実装することで、放熱性に優れたアイレットが形成され、好適に放熱される。
【００２２】
ここで、円の直径が四角形の一辺より短い場合、ブロック部側面のうち、光半導体を実装する部が、抵抗溶接に適した材料からなり、さらにその材料が厚いために、熱伝導率が小さく、好適に放熱されない。また抵抗溶接に適する材料の厚みむらが、光半導体を実装する部位で生じてしまう。具体的な例として、光半導体として、半導体レーザを実装した際、レーザ光が出射される側の部位で特に厚くなる。レーザ光の出射端面は特に発熱するため、この厚みむらは放熱性を特に悪くしてしまう。加えて、円の直径が四角形の一辺と等しいとき、ブロック部の光半導体を実装する部位は、厚みむらが無い抵抗溶接に適する材料からなり、かつ抵抗溶接に適する材料は非常に薄く、放熱性もヒートシンクが露出するときと大差ない。この薄いときとは、抵抗溶接に適する材料がおおよそ５０μｍ以下をさす。
【００２３】
逆に、円の直径が四角形の対角線より長い場合、ブロック部の体積が大きくなり、放熱性はさらに上がるが、アイレット表面のキャップ接合部の一部がヒートシンクとなり、強固な接合ができなくなり、さらに気密性も悪くなる。円の直径が四角形の対角線と等しいときは、キャップ接合部はすべて抵抗溶接に適した材料からなり、信頼性高くキャップを実装でき、かつ、放熱性にも最も優れている。
【００２４】
これまで抵抗溶接に適した材料の円形の開口部について、ブロック部底面の四角形の一辺および対角線との関係で述べたが、本発明はこれに限るものではなく、少なくとも、ブロック部の光半導体を実装する側面のアイレットに接する辺と、前記開口部の円とが、接するか若しくは交わるように形成されていれば良く、ブロック底面が四角形に限定されない場合は、これに含まれる。光半導体を実装する側面のアイレットに接する辺は、通常アイレット表面の円の弦と平行に形成される。
【００２５】
本発明において、ブロック部の断面について説明する。ブロック部の断面を図１０に示す斜視図のＡ−Ａ’方向と、Ｂ−Ｂ’方向で見たときを図で説明する。抵抗溶接に適した材料の開口部となる円の直径が、ブロック部の底面の四角形の一辺と等しい場合、Ａ−Ａ’方向に見た図は図１１のようになる。この場合、ブロック部の光半導体を実装する部位は、厚みむらが無い抵抗溶接に適する材料からなり、またこの材料も薄い。このときのＢ−Ｂ’方向に見た図は図１３となり、Ｂ−Ｂ’方向には抵抗溶接に適する材料に厚みむらが生じており、また抵抗溶接に適する材料は厚い。
【００２６】
次に円の直径が、四角形の一辺より大きく、四角形の対角線より短い場合、Ａ−Ａ’は図１２のようになり、この場合、ブロック部の光半導体を実装する部位は、ヒートシンクからなる。このときのＢ−Ｂ’方向に見た図は図１３となり、Ｂ−Ｂ’方向には抵抗溶接に適する材料に厚みむらが生じており、また抵抗溶接に適する材料は厚い。
【００２７】
次に円の直径が、四角形の対角線と等しい場合、Ａ−Ａ’は図１２のようになり、この場合、ブロック部の光半導体を実装する部位は、ヒートシンクからなる。このときのＢ−Ｂ’方向に見た図は図１１となり、厚みむらが無い抵抗溶接に適する材料からなる。
【００２８】
これらの範囲に抵抗溶接に適した材料の開口部となる円の直径を決めることで、放熱性に優れ、信頼性の高いアイレットを形成することができる。
【００２９】
本発明は、ブロック部を四角柱としているが、少なくとも光半導体を実装する側面のアイレットに接する辺が、アイレット表面の円の弦と平行であれば、多角柱であってもよい。
【００３０】
本発明のアイレット本体は、好ましくはＦｅが、ヒートシンクは好ましくはＣｕが、抵抗溶接に適した材料としては好ましくはＦｅが用いられるが、従来のそれぞれの機能を有する一般的に用いられる材料であれば、この限りでない。
【実施例】
［実施例１］
実施例１として、アイレットとして、抵抗溶接に適した材料に円形の開口部を設け、その円の直径を、ブロック部底面の四角形の一辺より長く、また対角線より短したクラッド材をプレス成形して形成したアイレットに、発熱量の大きい窒化物半導体レーザを実装して熱抵抗を評価した。
【００３１】
実施の形態１に記載の評価を行った結果、熱抵抗は一桁［℃／Ｗ］程度であった。
［実施例２］
実施例２として、抵抗溶接に適した材料に円形の開口部を設け、その円の直径を、ブロック部底面の四角形の一辺と等しくしたクラッド材をプレス成形して形成したアイレットに、発熱量の大きい窒化物半導体レーザを実装して熱抵抗を評価した。熱抵抗は実施例１とほぼ同等の結果が得られた。
［実施例３］
実施例３として、アイレットとして、抵抗溶接に適した材料に円形の開口部を設け、その円の直径を、ブロック部底面の四角形の対角線と等しくしたクラッド材をプレス成形して形成したアイレットに、発熱量の大きい窒化物半導体レーザを実装して熱抵抗を評価した。熱抵抗は実施例１とほぼ同等の結果が得られた。
［比較例１］
従来のアイレットとして、抵抗溶接に適した材料に開口部を有しないクラッド材料をプレス成形して形成したアイレットを用いて実施例１と同様に形成した窒化物半導体レーザの熱抵抗を比較例として評価した．パッケージに対し，熱抵抗は１０　［℃／Ｗ］程度であった。
［比較例２］
比較例２として、抵抗溶接に適した材料に円形の開口部を設け、その円の直径を、ブロック部底面の四角形の一辺より短くしたクラッド材をプレス成形して形成したアイレットに、発熱量の大きい窒化物半導体レーザを実装して熱抵抗を評価した。熱抵抗は比較例１と同等で、円形の開口部を設けたことによる放熱性の改善は見られなかった。
［比較例３］
比較例３として、アイレットとして、抵抗溶接に適した材料に円形の開口部を設け、その円の直径を、ブロック部底面の四角形の対角線より長くしたクラッド材をプレス成形して形成したアイレットに、発熱量の大きい窒化物半導体レーザを実装して熱抵抗を評価した。熱抵抗は実施例１とほぼ同等の結果が得られたが、キャップの抵抗溶接部にヒートシンクが露出することがあり、アイレットとキャップとを強固に接合できず、キャップの剥れが生じることがあった。
【００３２】
【発明の効果】
ブロック部の光半導体を実装する部をヒートシンクのみから構成できる結果，高出力半導体レーザに用いることの可能な放熱性に優れたパッケージが得られる。特に本パッケージでは，レーザーの熱抵抗のバラツキが少なくなった。また、少なくともキャップを抵抗溶接する部位に抵抗溶接に適した材料を備え，従来のパッケージと何ら変わり無くキャップの抵抗溶接が可能である。よって，放熱性だけでなく気密性にも優れた半導体レーザを提供することが可能となり，製品の信頼性が向上する。
【００３３】
また、ブロック部の光半導体を実装する部が厚みむらが無い抵抗溶接に適する材料からなり、この材料も薄いことで、放熱性もヒートシンクが露出するときと大差ないので、放熱性に優れた半導体レーザを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な光半導体用パッケージを示す模式的斜視図である、
【図２】一般的な光半導体用パッケージを示す模式的断面図である、
【図３】従来技術を示す模式的断面図である、
【図４】従来技術を示す模式的断面図である、
【図５】従来技術を示す模式的断面図である、
【図６】熱抵抗の評価方法を説明する図である、
【図７】本発明を示す模式的解体図である、
【図８】発明を示す模式的断面図である、
【図９】本発明を示す模式的断面図である、
【図１０】本発明を説明する模式的斜視図である、
【図１１】本発明を示す模式的断面図である、
【図１２】本発明を示す模式的断面図である、
【図１３】本発明を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１０　光半導体用パッケージ、
１１　アイレット、
１２　クラッド材、
１３　絶縁材料、
１４　光半導体素子を実装する部、
１５　電気信号リード、
１６　抵抗溶接に適した材料、
１７　ヒートシンク、
１８　アイレット本体、
１９　キャップ、
２０　放熱板、
２１　固定治具、
２２　ねじ、
２３　ブロック部、
２４　ブロック部底面、
２５　開口部、
２６　光半導体。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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