レ―ザダイオ―ド
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンパクトディスク、ビデオディスク、光磁気ディスク、追記型光ディスク等に用いられる光ピックアップの光源、或いはレーザビームプリンタ、センサ、光通信素子等の光源として幅広く使用されるレーザダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザダイオード（以下、ＬＤと略す）は、サブマウントであるシリコン基台上にレーザダイオードチップ（以下、ＬＤチップと略す）をダイボンディングしたものを、乾燥させた不活性ガスを入れたキャンパッケージ内に封入してなるものである。キャンパッケージにはＬＤチップからのレーザ発光をパッケージ外部に取り出すためのガラス窓が設けられている。
【０００３】ところで、上記の如きＬＤでは、ＬＤチップの大きさは約２５０μｍ角で、基台は約１mm角であるのに比べ、パッケージの大きさは直径５．６〜９mm程もあるため、１つの電子部品としての占有スペースが大きく、しかもコスト高である。加えて、各種機器において光源であるＬＤの位置を調整する場合、パッケージの外側にパッケージよりも更に大きな調整機構のスペースを必要とする。これら大きなスペースの必要性は昨今の各種機器に求められる小型化・軽量化の動向に向いていない。
【０００４】このため、ＬＤチップをベアチップ実装で使用する要求がある。このベアチップ実装したＬＤとしては、ユニットタイプのものがある。従来のユニットタイプのＬＤの縦断面図を図５に、参考として外観斜視図を図２に示す。このユニットタイプのＬＤ２１では、アルミニウム板からなる基板（基台）２上にサブマウント３を介してＬＤチップ９をダイボンディングしてなるものである。ＬＤチップ９の構成材料としてはGaAsが多用されている。又、サブマウント３にはモニタ素子７としてのホトダイオードが作製されている。
【０００５】モニタ素子７は、ＬＤチップ９の後方劈開面９ｂから出射するレーザ光を受光する。モニタ素子７の受光電流（モニタ電流）に基づいてＡＰＣ回路により、ＬＤチップ９のレーザ光出力が所定の値になるように駆動電流が制御される。サブマウント３上には、ＬＤチップ９やモニタ素子７に導通するアルミ配線５、６が形成されており、これらアルミ配線６、５はフレキシブル回路１４上のリード１４ａ、１４ｂとワイヤＷ1 、Ｗ2 によって各々ワイヤボンディングされている。なお、後方劈開面９ｂとモニタ素子７には、アルミナ粒含有シリコン樹脂１２が施されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかるベアチップ実装したＬＤでは、ＬＤチップ９の耐湿性の対策を十分に施しておかなければ実環境の使用条件に耐えられない。そこで、耐湿性付与のためと、GaAsを用いたＬＤチップ９は応力に弱く、これの表面安定化（パッシベーション）を図るために、ＬＤチップ９を含む全体が透明のシリコン樹脂１３で被覆・封止されている。しかしながら、シリコン樹脂は若干の吸水性・透水性を有しており、長時間の耐湿加速試験に耐えられず、実用には難点がある。
【０００７】従って、本発明の目的は、長時間にわたって優秀な耐湿性を保有するレーザダイオードを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザダイオードは、基台上にサブマウントを介してレーザダイオードチップをボンディングし、このレーザダイオードチップからのレーザ光の固体導波路としてのシリコン樹脂を設け、レーザダイオードチップ及びシリコン樹脂を透明シリコン樹脂で封止してなるレーザダイオードにおいて、前記透明シリコン樹脂上にフッ素樹脂層を設けてなるものである。このレーザダイオードでは、シリコン樹脂、透明シリコン樹脂及びフッ素樹脂層の３層構造となっているため、レーザダイオードの耐湿性が長時間保持され、前記目的が達成される。
【０００９】本発明のＬＤに用いるフッ素樹脂は、光透過性であると共に、一般に透明のシリコン樹脂に比べて吸水率・透水率が格段に低いだけでなく、接触角が小さくて揆水性に富んでいる。このため、まずＬＤチップ等を光透過性のシリコン樹脂で封止して、ＬＤチップからのレーザ光の出射方向を確保した上で、更に透明シリコン樹脂上にフッ素樹脂からなる層を設ければ、十分な耐湿性をＬＤに付与することが可能となると共に、パッシベーションの性能向上を図れる訳である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明のレーザダイオードを実施例に基づいて説明する。図１にその一実施例の縦断面図を、図２に外観斜視図を示す。図１及び図２から分かるように本実施例のＬＤの構造はフッ素樹脂層以外に関しては図５に示す従来例のものと同一である。但し、図２にはシリコン樹脂やフッ素樹脂層は示していない。
【００１１】基板２は、アルミニウム板の表面にニッケルメッキ及び金メッキを施したものである。基板２の前方中央部よりやや前進した位置には、サブマウント３がインジウム等の接続材料により載置固定される。サブマウント３は、シリコン製の矩形板材により基本的に構成され、その表面には二酸化シリコン皮膜４を介して、ＬＤチップ９に電力を供給するためのアルミニウム配線５、後述するモニタ素子７の作動によりサブマウント３に生じた電流を取り出すためのアルミニウム配線６が形成される。
【００１２】サブマウント３上における前方中央部には、アルミニウム配線５が延在してボンディング面を形成しており、このボンディング面上にＬＤチップ９が導電性ロウ材によってダイボンディングされる。この時、ＬＤチップ９の２つの劈開面９ａ、９ｂは、それぞれサブマウント３の前後方向を向くように位置決めされる。一方、サブマウント３の表面中央部、即ちＬＤチップ９の後方劈開面９ｂと隣接する領域には、サブマウント３表面からｐ型不純物を拡散させてｐｎ接合を形成したホトダイオード素子が一体に作製され、この素子がモニタ素子７として機能する。このモニタ素子７には、アルミニウム配線６が連結されている。
【００１３】アルミニウム配線６、５は、基板２上に接続するフレキシブル回路１４上の対応するリード１４ａ、１４ｂにワイヤＷ1 、Ｗ2 によって各々ワイヤボンディングされている。又、ＬＤチップ９の負極は、サブマウント３上の二酸化シリコン皮膜４を一部除去して内部導通させたパッド８に、ワイヤＷ4 でワイヤボンディングすることにより基板２に電気的に接続される。更に基板２は、フレキシブル回路１４のリード１４ｃとワイヤＷ3 によりワイヤボンディングされる。ＬＤチップ９の前方の基板２上には、ガラス又はプラスチックよりなる透明板１１が配置される。
【００１４】ここで、ＬＤチップ９の後方劈開面９ｂとモニタ素子７にアルミナ粒含有シリコン樹脂１２を塗布し、恒温槽でキュアを行う。これにより、シリコン樹脂１２は後方劈開面９ｂとモニタ素子７を結ぶ固体導波路１２ａを構成する。即ち、後方劈開面９ｂからのレーザ光は固体導波路１２ａ内に散乱して閉じ込められ、モニタ素子７に取り入れられる。
【００１５】次に、ＬＤチップ９を含む全体に透明のシリコン樹脂１３を塗布し、同様にキュアを行う。シリコン樹脂１３で全体が封止された後に、有機溶剤に溶解させたフッ素樹脂をシリコン樹脂１３上に塗布し、乾燥・固化させてフッ素樹脂層１５とする。このフッ素樹脂層１５により、高度の耐湿性とパッシベーションの性能向上がもたらされる。
【００１６】本実施例のＬＤ１では、前方劈開面９ａから発したレーザ光は、シリコン樹脂１３、透明板１１を透過して、透明板１１の平坦な前面１１ａより前方に出射する。透明板１１を設けることは、出射光の方向・波面を一定に保つ必要がある場合に有効である。なお、透明板１１に光反射防止のためのＡＲコートを施しておくと一層好ましい。
【００１７】又、後方劈開面９ｂより出射したレーザ光は、固体導波路１２ａ中を進行し、シリコン樹脂１２中のアルミナ粒により散乱されてモニタ素子７に受光される。図３に別実施例を示す。この実施例は、ＬＤチップ９の前方劈開面９ａの前方に透明体を設けていない構造のもので、劈開面９ａの前方にシリコン樹脂１３が拡張され、更にフッ素樹脂層１５がシリコン樹脂１３を覆う。これ以外の構造は図１に示すものと同一である。当実施例では、劈開面９ａからのレーザ光はシリコン樹脂１３、フッ素樹脂層１５を透過して出射する。
【００１８】本発明のＬＤが従来のＬＤに比較して如何に耐湿性に秀でているかということを明確にするために、耐湿性の試験結果をグラフで示す図４を参照して説明する。図４は、実施例及び従来例の各ＬＤにおける封止樹脂（実施例ではフッ素樹脂層、従来例ではシリコン樹脂）の吸湿率（％）と時間（hours）との関係を示すものである。但し、耐湿性試験は温度８５℃、相対湿度８５％の条件下で行い、時間経過に伴って、厚さ１mmのシリコン樹脂上に設けた厚さ数１０μｍのフッ素樹脂層（実施例）からと、厚さ１mmのシリコン樹脂（従来例）から、それぞれ内部のＬＤチップまで水が到達する程度を吸湿率（％）で示した。
【００１９】この図４から明らかなように、水がＬＤチップに到達した時の吸湿率Ｘにおける時間が、従来例では約２０００時間であるのに対し、実施例では約１００００時間であり、耐湿性が５倍以上に向上したことが理解される。
【００２０】
【発明の効果】本発明のレーザダイオードは、以上説明したようにシリコン樹脂（固体導波路）＋透明シリコン樹脂＋フッ素樹脂層の３層構造としてあるから、透明シリコン樹脂でＬＤチップからの出射レーザ光の進路を確保すると共に、パッシベーションを図り、更にフッ素樹脂層により一層長時間にわたって耐湿性が維持され、パッシベーション性能も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＤの一実施例を示す中央縦断面図である。
【図２】図１に示すＬＤの外観斜視図である。
【図３】本発明のＬＤの別実施例を示す中央縦断面図である。
【図４】本発明と従来との各ＬＤにおける時間と封止樹脂の吸湿率との関係を示すグラフである。
【図５】従来のＬＤ例を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１ ＬＤ
２ 基板
３ サブマウント
９ ＬＤチップ
１３ シリコン樹脂
１５ フッ素樹脂層
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、コンパクトディスク、ビデオディスク、光磁気ディスク、追記型光ディスク等に用いられる光ピックアップの光源、或いはレーザビームプリンタ、センサ、光通信素子等の光源として幅広く使用されるレーザダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般にレーザダイオード（以下、ＬＤと略す）は、サブマウントであるシリコン基台上にレーザダイオードチップ（以下、ＬＤチップと略す）をダイボンディングしたものを、乾燥させた不活性ガスを入れたキャンパッケージ内に封入してなるものである。キャンパッケージにはＬＤチップからのレーザ発光をパッケージ外部に取り出すためのガラス窓が設けられている。
【０００３】ところで、上記の如きＬＤでは、ＬＤチップの大きさは約２５０μｍ角で、基台は約１mm角であるのに比べ、パッケージの大きさは直径５．６〜９mm程もあるため、１つの電子部品としての占有スペースが大きく、しかもコスト高である。加えて、各種機器において光源であるＬＤの位置を調整する場合、パッケージの外側にパッケージよりも更に大きな調整機構のスペースを必要とする。これら大きなスペースの必要性は昨今の各種機器に求められる小型化・軽量化の動向に向いていない。
【０００４】このため、ＬＤチップをベアチップ実装で使用する要求がある。このベアチップ実装したＬＤとしては、ユニットタイプのものがある。従来のユニットタイプのＬＤの縦断面図を図５に、参考として外観斜視図を図２に示す。このユニットタイプのＬＤ２１では、アルミニウム板からなる基板（基台）２上にサブマウント３を介してＬＤチップ９をダイボンディングしてなるものである。ＬＤチップ９の構成材料としてはGaAsが多用されている。又、サブマウント３にはモニタ素子７としてのホトダイオードが作製されている。
【０００５】モニタ素子７は、ＬＤチップ９の後方劈開面９ｂから出射するレーザ光を受光する。モニタ素子７の受光電流（モニタ電流）に基づいてＡＰＣ回路により、ＬＤチップ９のレーザ光出力が所定の値になるように駆動電流が制御される。サブマウント３上には、ＬＤチップ９やモニタ素子７に導通するアルミ配線５、６が形成されており、これらアルミ配線６、５はフレキシブル回路１４上のリード１４ａ、１４ｂとワイヤＷ1 、Ｗ2 によって各々ワイヤボンディングされている。なお、後方劈開面９ｂとモニタ素子７には、アルミナ粒含有シリコン樹脂１２が施されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】かかるベアチップ実装したＬＤでは、ＬＤチップ９の耐湿性の対策を十分に施しておかなければ実環境の使用条件に耐えられない。そこで、耐湿性付与のためと、GaAsを用いたＬＤチップ９は応力に弱く、これの表面安定化（パッシベーション）を図るために、ＬＤチップ９を含む全体が透明のシリコン樹脂１３で被覆・封止されている。しかしながら、シリコン樹脂は若干の吸水性・透水性を有しており、長時間の耐湿加速試験に耐えられず、実用には難点がある。
【０００７】従って、本発明の目的は、長時間にわたって優秀な耐湿性を保有するレーザダイオードを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザダイオードは、基台上にサブマウントを介してレーザダイオードチップをボンディングし、このレーザダイオードチップからのレーザ光の固体導波路としてのシリコン樹脂を設け、レーザダイオードチップ及びシリコン樹脂を透明シリコン樹脂で封止してなるレーザダイオードにおいて、前記透明シリコン樹脂上にフッ素樹脂層を設けてなるものである。このレーザダイオードでは、シリコン樹脂、透明シリコン樹脂及びフッ素樹脂層の３層構造となっているため、レーザダイオードの耐湿性が長時間保持され、前記目的が達成される。
【０００９】本発明のＬＤに用いるフッ素樹脂は、光透過性であると共に、一般に透明のシリコン樹脂に比べて吸水率・透水率が格段に低いだけでなく、接触角が小さくて揆水性に富んでいる。このため、まずＬＤチップ等を光透過性のシリコン樹脂で封止して、ＬＤチップからのレーザ光の出射方向を確保した上で、更に透明シリコン樹脂上にフッ素樹脂からなる層を設ければ、十分な耐湿性をＬＤに付与することが可能となると共に、パッシベーションの性能向上を図れる訳である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明のレーザダイオードを実施例に基づいて説明する。図１にその一実施例の縦断面図を、図２に外観斜視図を示す。図１及び図２から分かるように本実施例のＬＤの構造はフッ素樹脂層以外に関しては図５に示す従来例のものと同一である。但し、図２にはシリコン樹脂やフッ素樹脂層は示していない。
【００１１】基板２は、アルミニウム板の表面にニッケルメッキ及び金メッキを施したものである。基板２の前方中央部よりやや前進した位置には、サブマウント３がインジウム等の接続材料により載置固定される。サブマウント３は、シリコン製の矩形板材により基本的に構成され、その表面には二酸化シリコン皮膜４を介して、ＬＤチップ９に電力を供給するためのアルミニウム配線５、後述するモニタ素子７の作動によりサブマウント３に生じた電流を取り出すためのアルミニウム配線６が形成される。
【００１２】サブマウント３上における前方中央部には、アルミニウム配線５が延在してボンディング面を形成しており、このボンディング面上にＬＤチップ９が導電性ロウ材によってダイボンディングされる。この時、ＬＤチップ９の２つの劈開面９ａ、９ｂは、それぞれサブマウント３の前後方向を向くように位置決めされる。一方、サブマウント３の表面中央部、即ちＬＤチップ９の後方劈開面９ｂと隣接する領域には、サブマウント３表面からｐ型不純物を拡散させてｐｎ接合を形成したホトダイオード素子が一体に作製され、この素子がモニタ素子７として機能する。このモニタ素子７には、アルミニウム配線６が連結されている。
【００１３】アルミニウム配線６、５は、基板２上に接続するフレキシブル回路１４上の対応するリード１４ａ、１４ｂにワイヤＷ1 、Ｗ2 によって各々ワイヤボンディングされている。又、ＬＤチップ９の負極は、サブマウント３上の二酸化シリコン皮膜４を一部除去して内部導通させたパッド８に、ワイヤＷ4 でワイヤボンディングすることにより基板２に電気的に接続される。更に基板２は、フレキシブル回路１４のリード１４ｃとワイヤＷ3 によりワイヤボンディングされる。ＬＤチップ９の前方の基板２上には、ガラス又はプラスチックよりなる透明板１１が配置される。
【００１４】ここで、ＬＤチップ９の後方劈開面９ｂとモニタ素子７にアルミナ粒含有シリコン樹脂１２を塗布し、恒温槽でキュアを行う。これにより、シリコン樹脂１２は後方劈開面９ｂとモニタ素子７を結ぶ固体導波路１２ａを構成する。即ち、後方劈開面９ｂからのレーザ光は固体導波路１２ａ内に散乱して閉じ込められ、モニタ素子７に取り入れられる。
【００１５】次に、ＬＤチップ９を含む全体に透明のシリコン樹脂１３を塗布し、同様にキュアを行う。シリコン樹脂１３で全体が封止された後に、有機溶剤に溶解させたフッ素樹脂をシリコン樹脂１３上に塗布し、乾燥・固化させてフッ素樹脂層１５とする。このフッ素樹脂層１５により、高度の耐湿性とパッシベーションの性能向上がもたらされる。
【００１６】本実施例のＬＤ１では、前方劈開面９ａから発したレーザ光は、シリコン樹脂１３、透明板１１を透過して、透明板１１の平坦な前面１１ａより前方に出射する。透明板１１を設けることは、出射光の方向・波面を一定に保つ必要がある場合に有効である。なお、透明板１１に光反射防止のためのＡＲコートを施しておくと一層好ましい。
【００１７】又、後方劈開面９ｂより出射したレーザ光は、固体導波路１２ａ中を進行し、シリコン樹脂１２中のアルミナ粒により散乱されてモニタ素子７に受光される。図３に別実施例を示す。この実施例は、ＬＤチップ９の前方劈開面９ａの前方に透明体を設けていない構造のもので、劈開面９ａの前方にシリコン樹脂１３が拡張され、更にフッ素樹脂層１５がシリコン樹脂１３を覆う。これ以外の構造は図１に示すものと同一である。当実施例では、劈開面９ａからのレーザ光はシリコン樹脂１３、フッ素樹脂層１５を透過して出射する。
【００１８】本発明のＬＤが従来のＬＤに比較して如何に耐湿性に秀でているかということを明確にするために、耐湿性の試験結果をグラフで示す図４を参照して説明する。図４は、実施例及び従来例の各ＬＤにおける封止樹脂（実施例ではフッ素樹脂層、従来例ではシリコン樹脂）の吸湿率（％）と時間（hours）との関係を示すものである。但し、耐湿性試験は温度８５℃、相対湿度８５％の条件下で行い、時間経過に伴って、厚さ１mmのシリコン樹脂上に設けた厚さ数１０μｍのフッ素樹脂層（実施例）からと、厚さ１mmのシリコン樹脂（従来例）から、それぞれ内部のＬＤチップまで水が到達する程度を吸湿率（％）で示した。
【００１９】この図４から明らかなように、水がＬＤチップに到達した時の吸湿率Ｘにおける時間が、従来例では約２０００時間であるのに対し、実施例では約１００００時間であり、耐湿性が５倍以上に向上したことが理解される。
【００２０】
【発明の効果】本発明のレーザダイオードは、以上説明したようにシリコン樹脂（固体導波路）＋透明シリコン樹脂＋フッ素樹脂層の３層構造としてあるから、透明シリコン樹脂でＬＤチップからの出射レーザ光の進路を確保すると共に、パッシベーションを図り、更にフッ素樹脂層により一層長時間にわたって耐湿性が維持され、パッシベーション性能も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＬＤの一実施例を示す中央縦断面図である。
【図２】図１に示すＬＤの外観斜視図である。
【図３】本発明のＬＤの別実施例を示す中央縦断面図である。
【図４】本発明と従来との各ＬＤにおける時間と封止樹脂の吸湿率との関係を示すグラフである。
【図５】従来のＬＤ例を示す中央縦断面図である。
【符号の説明】
１ ＬＤ
２ 基板
３ サブマウント
９ ＬＤチップ
１３ シリコン樹脂
１５ フッ素樹脂層
【特許請求の範囲】
【請求項１】基台上にサブマウントを介してレーザダイオードチップをボンディングし、このレーザダイオードチップからのレーザ光の固体導波路としてのシリコン樹脂を設け、レーザダイオードチップ及びシリコン樹脂を透明シリコン樹脂で封止してなるレーザダイオードにおいて、前記透明シリコン樹脂上にフッ素樹脂層を設けてなることを特徴とするレーザダイオード。
【請求項１】基台上にサブマウントを介してレーザダイオードチップをボンディングし、このレーザダイオードチップからのレーザ光の固体導波路としてのシリコン樹脂を設け、レーザダイオードチップ及びシリコン樹脂を透明シリコン樹脂で封止してなるレーザダイオードにおいて、前記透明シリコン樹脂上にフッ素樹脂層を設けてなることを特徴とするレーザダイオード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【特許番号】第２５４２７４７号
【登録日】平成８年（１９９６）７月２５日
【発行日】平成８年（１９９６）１０月９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平３−３７６５３
【出願日】平成３年（１９９１）３月５日
【公開番号】特開平４−２７６６７９
【公開日】平成４年（１９９２）１０月１日
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【参考文献】
【文献】特開平２−２０９７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０−８４８４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０−１２５７５５（ＪＰ，Ｕ）
【登録日】平成８年（１９９６）７月２５日
【発行日】平成８年（１９９６）１０月９日
【国際特許分類】
【出願日】平成３年（１９９１）３月５日
【公開番号】特開平４−２７６６７９
【公開日】平成４年（１９９２）１０月１日
【出願人】（０００１１６０２４）ローム株式会社 (3,539)
【参考文献】
【文献】特開平２−２０９７８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０−８４８４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０−１２５７５５（ＪＰ，Ｕ）
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