(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザパッケージであって、
ある経路に沿って放射を発生する縦型空洞表面放射レーザと、
マウントベース、周囲缶部、及び表面を有するキャップを含み、前記縦型空洞表面放射レーザを封止する合成樹脂ハウジングとを備え、
前記キャップは、一体的に形成されて前記キャップの表面全体を覆うフォトディテクタを含み、
前記縦型空洞表面放射レーザにより放射された入射光が前記キャップ及び前記フォトディテクタを通過し、前記入射光の一部が前記フォトディテクタにより吸収されることを特徴とする半導体レーザパッケージ。
【請求項２】
半導体レーザパッケージであって、
ある経路に沿って放射を発生する縦型空洞表面放射レーザと、
マウントベース、周囲缶部、及び表面を有するキャップを含み、前記縦型空洞表面放射レーザを封止するモールドされた合成樹脂ハウジングとを備え、
前記キャップは、前記キャップ上に一体的に形成されて前記キャップの表面全体を覆うフォトディテクタを有し、
前記縦型空洞表面放射レーザにより前記キャップ上に放射された入射光が前記キャップ及び前記フォトディテクタを通過し、前記キャップ上に放射された入射光の一部が前記フォトディテクタにより吸収されることを特徴とする半導体レーザパッケージ。
【請求項３】
半導体レーザパッケージであって、
ある経路に沿って放射を発生する縦型空洞表面放射レーザと、
マウントベース、周囲缶部、及びキャップを含むモールドされた合成樹脂ハウジングとを備え、
前記キャップは、前記キャップ上にて一体的に、かつ前記キャップの表面全体を覆うようにフォトディテクタを画定し、前記縦型空洞表面放射レーザにより前記キャップ上に放射された入射光が前記キャップ及び前記フォトディテクタを通過し、前記キャップ上に放射された入射光の一部が前記フォトディテクタにより吸収され、前記フォトディテクタはアモルファスシリコン材料の複数の層を含み、前記モールドされた合成樹脂ハウジングは前記縦型空洞表面放射レーザを封入することを特徴とする半導体レーザパッケージ。
【請求項４】
半導体レーザパッケージを形成する方法であって、
ある経路に沿って放射を発生する縦型空洞表面放射レーザを提供する段階と、
マウントベース、周囲缶部、及びキャップを含む合成樹脂ハウジングを提供する段階であって、前記キャップの表面全体を覆うようにフォトディテクタを、前記キャップ上に一体的に形成する段階と、
前記縦型空洞表面放射レーザを前記マウントベースの最上部面に実装する段階であって、前記周囲缶部内を前記放射が通過するように前記マウントベース上に前記周囲缶部を配置し、且つ前記縦型空洞表面放射レーザにより前記キャップ上に放射された入射光が前記キャップ及び前記フォトディテクタを通過し、前記キャップ上に放射された入射光の一部が前記フォトディテクタにより吸収されることによって前記フォトディテクタが前記入射光を監視するように、前記放射の経路に前記キャップを配置する段階と
を備えることを特徴とする半導体レーザパッケージを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザに関し、かつより特定的には、半導体レーザのパッケージングに関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオードが開発されたため、それらを使用する数多くの用途が開発されてきている。ますます、レーザダイオードは通信のために使用されかつ光ディスク記録および記憶システムにとって肝要なものとなっている。典型的には、エッジ放射ダイオードレーザが使用される。しかしながら、エッジ放射ダイオードレーザは並列および直列データリンクにおいて高いコストを有し、かつコンパクトディスク用のピックアップに使用された場合高いしきい値電流のため高い電流消費を有する。
【０００３】
エッジ放射レーザに代えて縦型空洞表面放射レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｃａｖｉｔｙ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｌａｓｅｒｓ：ＶＣＳＥＬ）を使用する新しいシステムが開発されてきている。ＶＣＳＥＬはより低いコストを提供し、光学的装置を簡単にする表面放射を使用し、かつ半導体ウエハー上に多量に製造できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、そのようなＶＣＳＥＬのパッケージングにおいては問題があり、すなわち典型的な「缶（ｃａｎ）」タイプのパッケージにおいて使用される材料のコストである。伝統的な半導体レーザ装置はパッケージングのために金属のトランジスタアウトライン（ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｏｕｔｌｉｎｅ：ＴＯ）缶を使用し、その缶のキャップ部分内に「窓（ｗｉｎｄｏｗ）」を形成することを含み、その「窓」を通してレーザ放射が通過することができる。「窓」が形成されなければならない部分に金属が使用されている点で、材料のコストが歩留りに影響を与える。従って、製造のコストを低減する縦型空洞表面放射レーザのパッケージングの必要性が存在する。
【０００５】
さらに、該パッケージ内にＶＣＳＥＬによって放出される放射を自動的に制御する監視システムまたは監視系を導入する必要がある。一般に、エッジ放射レーザダイオードは装置の背面放射ファセット（ｂａｃｋ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｆａｃｅｔ）に面する電力監視用検出器を使用する。８７０ｎｍより短い波長を備えたＶＣＳＥＬにおいては、装置またはデバイスが必然的に形成される不透明な基板のため背面放射はない。
【０００６】
従って、その中に電力監視システムを含んでおり、ＶＣＳＥＬ放射の自動的な電力制御（ＡＰＣ）を可能にする、低価格の半導体レーザパッケージの必要性が存在する。
【０００７】
従って、ＶＣＳＥＬ放射の監視を可能にする低価格の半導体レーザパッケージを提供することが極めて望ましくかつこの発明の１つの目的である。
【０００８】
本発明の他の目的は、低価格であり、容易に製造され、かつＶＣＳＥＬ放射の自動的な電力制御を可能にする新規なかつ改善された半導体レーザパッケージを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の目的は、透明な最上部（ｕｐｐｅｒｍｏｓｔ  ｐｏｒｔｉｏｎ）を有することにより、レーザ放射がそこを通過できるようにした新規なかつ改善された半導体レーザパッケージを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わる半導体レーザパッケージによって上記問題および他の問題が実質的に解決され、かつ上記目的および他の目的が実現される。本発明に係わる半導体レーザパッケージは、ある経路に沿って放射を発生する縦型空洞表面放射レーザ、前記放射の経路に配置されかつ合成樹脂のハウジングの一部と共に一体的に形成された電力監視システムを含む。前記合成樹脂のハウジングは前記縦型空洞表面放射レーザを封入または封止する。フォトディテクタのような、前記監視システムまたは監視系は前記合成樹脂ハウジングのキャップ部分と一体的に形成されかつそこを通過するＶＣＳＥＬ放射からの入射光の最小部分を吸収するよう設計される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に特有のものであると考えられる新規な特徴は特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、本発明それ自体、ならびにその他の特徴および利点は、添付の図面と共に、以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解できる。
【００１２】
次に図面に移ると、同じ参照文字はいくつかの図面にわたり対応する要素を示している。始めに図１を参照すると、半導体レーザパッケージ１０が分解された等角投影図で示されている。半導体レーザパッケージ１０は、マウントベース（ｍｏｕｎｔｉｎｇ  ｂａｓｅ）１２、マウントベース１２の上部面を囲う周囲缶部（ｓｕｒｒｏｕｎｄ  ｃａｎ）１４、およびキャップ１６から構成される、合成樹脂（ｐｌａｓｔｉｃ  ｒｅｓｉｎ）ハウジング１１を含む。合成樹脂ハウジング１１は１０〜３０ｐｐｍの範囲の熱膨脹係数（ＣＴＥ）をもって製造され、好ましいＣＴＥは２０ｐｐｍまたはそれ以下である。マウントベース１２はその最上部面１８上に配置された縦型空洞表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）２０を有する。この特定の実施形態では、ＶＣＳＥＬ２０はリッジＶＣＳＥＬ（ｒｉｄｇｅＶＣＳＥＬ）でありかつ技術的により知られた方法に従って複数の層のエピタキシャル成長を使用して製造される。本明細書にわたり、示された特定のＶＣＳＥＬ、より特定的には図示されたリッジＶＣＳＥＬ、はこの開示の目的のためのみに使用されかつリッジ、プレーナ、構造にわたりエッチングされたもの、その他を含む広範囲の種々の形式のＶＣＳＥＬの任意のものとすることが可能なことを理解すべきである。
【００１３】
簡単にいえば、図１のリッジＶＣＳＥＬ２０は、ひ化ガリウム（ｇａｌｌｉｕｍ  ａｒｓｅｎｉｄｅ）、リン化インジウム（ｉｎｄｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ）、その他のような、任意の適切な半導体基板の上に製造され、該半導体基板は１つの面を提供する。第１のスタックの分布ブラッグ反射器、活性領域、および第２のスタックの分布ブラッグ反射器が、任意の適切な方法、例えば分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）、金属−有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、その他、によって前記面上にエピタキシャル被着または堆積される。第１のスタックの分布ブラッグ反射器は交互に変わる屈折率を備えた複数の層の半導体材料を含む。前記活性領域は前記第１のスタックの分布ブラッグ反射器の上部面の上に成長され、スペーサおよび／またはクラッド層がその両側に設けられたバリア層によって分離された１つまたはそれ以上の量子ウエルを含む。前記量子ウエルおよびスペーサ層はまたエピタキシャル的に成長される。第２のスタックの分布ブラッグ反射器は、例えば、前記第１のスタックに関して説明したように半導体層の対をエピタキシャル成長することにより活性領域の上部面の上に形成される。第１および第２のスタックは反対導電型でドーピングされてそこを通る電流の流れのための２端子（ダイオード）構造を形成する。電気的コンタクトが基板の下部面の上に配置される。エピタキシャル被着が完了すると、第２のスタックの分布ブラッグ反射器がパターニングされてリッジを形成する。一般に、リッジＶＣＳＥＬ２０は、フォトリソグラフィ、エッチング、リフトオフ、それらの任意の組合せ、その他のような、技術的によく知られた任意の適切な方法によって作成される。第２のスタックの分布ブラッグ反射器のリッジを画定することにより、前記活性領域において形成された光を反射しかつ案内する第２のスタックの分布ブラッグ反射器において光学的経路が規定される。リッジＶＣＳＥＬの構造の完全な開示は、本件出願と同じ譲受人に譲渡されかつ参照のためここに導入される、１９９３年１０月２６日に発行された、「注入を備えた頭部放射ＶＣＳＥＬ（ＴＯＰ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＶＣＳＥＬ  ＷＩＴＨ  ＩＭＰＬＡＮＴ）」と題する米国特許第５，２５６，５９６号に見ることができる。
【００１４】
図１をより詳細に参照すると、いったんエピタキシャル被着が完了し、かつリッジＶＣＳＥＬ２０が形成されると、ＶＣＳＥＬ２０はマウントベース１２の最上部面１８の上に実装される。好ましい実施形態では、マウントベース１２は不透明な（ｏｐａｑｕｅ）プラスチックで形成され、それによって外部の背景光（ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ  ｌｉｇｈｔ）が半導体パッケージ１０に入ることを防止する。金属リード２８が形成され、任意選択的に金属リード２８の端部がＶＣＳＥＬ２０を実装するのを容易にするための支持部材として作用するよう中央に配置される。金属リード２８はまたＶＣＳＥＬ２０および電力監視システム４２のためのグランドコンタクトを提供することになる。さらに、ＶＣＳＥＬ２０との電気的インタフェースのためにリード２６またはコンタクトピンが設けられ、かつ電力監視システム４２との電気的インタフェースのために第３のリード３０またはコンタクトピンが設けられている。マウントベース１２はその中に複数の埋め込まれた導電体２３を形成している。この特定の実施形態では、導電体２３はマウントベース１２内に埋め込まれかつ該マウントベース１２を通って伸びている。複数のワイヤボンド相互接続２２および２４、または同様の相互接続がＶＣＳＥＬ２０および電力監視システム４２を金属リード２６，２８および３０との電気的インタフェースを行うよう作用する。
【００１５】
周囲缶部１４は概略的に典型的なＴＯ缶様の構造として形成されかつモールドプラスチック材料から形成される。パッケージ１０の好ましい実施形態がＴＯ形式のレーザパッケージとして説明されるが、表面実装トランジスタ（ＳＭＴ）型レーザパッケージその他のような、他の形式のレーザパッケージもこの開示から予期される。好ましい実施形態では、周囲缶部１４はその中にマウントベース１２の導電体２３と整列した導電体３６を埋め込んでいる。任意選択的に、見当合わせマーク（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ  ｍａｒｋ）その他のような、位置決め要素３８を周囲缶部１４の内側面上に形成することができる。位置決め要素３８はパッケージ１０の周囲缶部１４に対してキャップ１６のアライメントを助けるよう作用する。
【００１６】
組立ての間に、周囲缶部１４はマウントベース１２と整列して配置され、それによってＶＣＳＥＬ２０を囲み込む。キャップ部分１６は任意選択的な協働位置決め要素（ｃｏｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔ）４４を使用して周囲缶部１４と整列して配置される。半導体パッケージ１０の整列またはアライメントの間に、位置決め要素４４は位置決め要素３８と整列する。キャップ部分１６はそれと共に一体的に形成された電力監視システム４２を含むように製造される。電力監視システムまたは電力監視系（電力監視装置）４２はＶＣＳＥＬ２０によって放射される光の実質的に１００パーセントをそこを通過できるようにし、一方監視のためにその光の少しの割合を吸収する。
【００１７】
本発明の半導体パッケージの開示された好ましい実施形態において、ハウジング１１、より詳細にはマウントベース１２、周囲缶部１４およびキャップ１６は実質的に不透明なモールドプラスチックから形成され、キャップ１６の最上部面の上に透明部分が形成され、それによってレーザ放射がそこを通過しかつ外部の背景光がパッケージ１０に入り従って監視システム４２と干渉するのを防止する。また、これに代えて、マウントベース１２、周囲缶部１４およびキャップ１６は実質的に透明なモールドプラスチックで形成することができる。開示されたマウントベース１２、周囲缶部１４およびキャップ１６は１つの一体的な部分としてモールドすることができ、それによってＶＣＳＥＬ２０がパッケージ１０、より詳細には前記要素の回りのハウジング１１あるいは図示された複数部品のユニットとしてモールドされる前に複数の金属リード２６，２８および３０の少なくとも１つの上に実装できることが理解されるべきである。さらに、半導体レーザパッケージ１０の開示された実施形態の外側の寸法は、互換性のために、現在技術的に知られている、典型的なＴＯ金属型パッケージと同じにすることができることを理解すべきである。
【００１８】
次に図２を参照すると、光学的に透明な要素またはエレメント５０、電力監視システム４２、および反射防止材料の層６０からなる、キャップ１６が示されている。この特定の実施形態における電力監視システム４２はアモルファスシリコンのｐ型ドープ層５２、アモルファスシリコンのｎ型ドープ層５４、ｐ型オーミックコンタクト５６、およびｎ型オーミックコンタクト５８から構成される。
【００１９】
動作においては、ＶＣＳＥＬ２０（図示せず）によって発生された光６２はキャップ１６を通過する。入射光のほぼ１０パーセントが電力監視システム４２によって吸収される。半導体レーザパッケージ１０、より特定的にはキャップ１６、の一部として電力監視システム４２を一体的に形成することにより、製造コストが低減されかつ自動化された製造が容易に可能になる。前に述べたように、電力監視システム４２はアモルファスシリコン材料の複数のドープ層、あるいはゲルマニウム材料のような任意の他の適切な材料、その他から製造され、かつ太陽電池（ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）と同様に動作する。一般に、被着または堆積は化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ増強化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、その他のような技術的によく知られた任意の適切な方法によって行われる。
【００２０】
再び図１を参照すると、電気的リード２６，２８および３０はそれぞれグランド、レーザアノードおよび検出器アノードに対応する。動作の間に、電圧バイアスがリード２６，２８および３０に印加されてＶＣＳＥＬ２０および電力監視システム４２に電界を確立する。特定の波長を有する光６２がＶＣＳＥＬ２０から放射されたとき、それは周囲缶部１４を通ってかつキャップ１６を通って伝達される。より詳細には、光６２はアモルファスシリコン材料の層５２および５４を通過し、光６２の一部は該アモルファスシリコン材料によって吸収される。シリコン吸収領域の厚さは入射光６２の内の約１０パーセントが吸収されかつ入射光６２の９０パーセントがそこを通って伝送されるように設計される。アモルファスシリコン領域において吸収された光子（ｐｈｏｔｏｎｓ）は電子−ホール対を生成し、かつ該対は前記電界によって分離され電子は正にバイアスされたフィンガに向かってドリフトしかつホールは負にバイアスされたフィンガに向かってドリフトする。もし前記フィンガの間に閉ループがあれば、電流は検出可能でありその振幅は入射したレーザ強度に比例する。前記電流の大きさはＶＣＳＥＬ２０にフィードバック信号を送り自動電力制御（ＡＰＣ）のための注入回路を制御するために使用できる。
【００２１】
動作の間に、ＶＣＳＥＬ２０は自動電力制御（ＡＰＣ）が要求されるレーザ放射を発生する。従って、電力監視システム４２と組合わせて、半導体レーザパッケージ１０はレーザパワー出力を監視することができる。もちろん、キャップ１６のコンタクト５６および５８はもしそれがより都合がよければ、光学的に透明な要素５０の反対面または下側面に形成することができる。さらに、使用されるフォトディテクタ、または感光性の装置は出力信号を生成するために一般に与えられなければならない特定の感度を有する。
【００２２】
縦型空洞表面放射レーザ一般の低電力動作のため、半導体パッケージ１０の熱放散は問題とならない。従って、任意選択的に透明のエポキシまたはアンダフィル型材料（ｕｎｄｅｒｆｉｌｌ  ｔｙｐｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）が設けられ、熱膨脹係数（ＣＴＥ）はＶＣＳＥＬ２０と同等のものとされ、それによってプラスチックパッケージ１０、より特定的にはハウジング１１、のデバイスの回りのモールドまたはモールドされたプラスチックハウジング内へのデバイスの封入の前にバッファを提供することができる。
【００２３】
次に図３に移り、本発明の監視システムの動作が、４２で参照されて、示されている。監視システム４２においては、ＶＣＳＥＬ２０のレーザパワーはフィードバックシステムを使用することにより制御される。制御装置６５はフォトディテクタ６６によって監視される情報を受けかつ処理する。
【００２４】
より特定的には、特定のレーザパワーに基づくレーザパワー出力はＶＣＳＥＬ２０のレーザ放射を監視することにより検出される。フォトディテクタ６６によって監視される情報のこの処理はレーザパワーの変化が検出されるポイントの識別を可能にし、それによって電流源６６からＶＣＳＥＬ２０をドライブするために使用される電流の自動調整を可能にする。したがって、レーザ光が放射されるレーザパワーの知識はフィードバックに基づく自動パワー制御（ＡＰＣ）を可能にし、それによってレーザの動作を特定の、一定のレーザパワー出力に維持する。
【００２５】
【発明の効果】
したがって、電力またはパワー監視システムを備えた半導体レーザパッケージが開示された。より詳細には、その中に金属リードおよび電力監視システムを形成した、ギャップ、周囲缶部およびマウントベースによって構成される、モールドされた合成樹脂ハウジングが示された。さらに詳細には、パッケージ内に縦型空洞表面放射レーザが収容されたものが提供される。フォトディテクタを一体的に形成して有するキャップが縦型空洞表面放射レーザの放射経路内に配置され、それによってレーザ放射の実質的に９０パーセントがそこを通過できるようにしかつフォトディテクタによる監視のために少しの割合を吸収する。前記ハウジングはモールドされたプラスチックによって形成され、それによって完成した製品のコストを低減することにより歩留りを増大する。
【００２６】
本発明の特定の実施形態が示されかつ説明されたが、当業者にはさらに他の修正および改善をなすことができるであろう。したがって、この発明は示された特定の形式に限定されるのではなくかつ添付の特許請求の範囲によってこの発明の精神および範囲から離れることのない全ての変更をカバーすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる電力監視システムを備えた半導体レーザパッケージの拡大した等角投影図である。
【図２】本発明に係わるフォトディテクタを一体的に形成したキャップを示す単純化した断面図である。
【図３】本発明に係わる自動電力制御装置を含む電力監視システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１０  半導体レーザパッケージ
１１  合成樹脂ハウジング
１２  マウントベース
１４  周囲缶部
１６  キャップ
１８  最上部面
２０  縦型空洞表面放射レーザ（ＶＣＳＥＬ）
２２，２４  ワイヤボンド相互接続
２３  導電体
２６，２８，３０  金属リード
４２  電力監視システム
３６  導電体
３８  位置決め要素
４４  協働位置決め要素
５０  光学的に透明なエレメント
５２  アモルファスシリコンのｐ型ドープ層
５４  アモルファスシリコンのｎ型ドープ層
５６  ｐ型オーミックコンタクト
５８  ｎ型オーミックコンタクト
６０  反射防止材料
６２  光
６５  制御装置
６６  フォトディテクタ
６８  電流源
【図１】
0004376980.tif 000002
【図２】
0004376980.tif 000003
【図３】
0004376980.tif 000004