DE4407298A1

DE4407298A1 - Lichtemittierende Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE4407298A1
Application number: DE4407298A
Authority: DE
Inventors: Etsuji Omura; Akira Takemoto; Kimio Shigihara
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1994-09-08
Also published as: JPH06314857A; FR2702313B1; US5519720A; FR2702313A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine lichtemit tierende Halbleitervorrichtung und bezieht sich insbeson dere auf eine solche mit einer Anordnung, bei der eine Be wegung des lichtemittierenden Punktes selbst dann nicht auftritt, wenn die Temperatur variiert, was andererseits aufgrund eines Unterschiedes in dem Wärmeausdehnungskoeffi zienten zwischen einem Strahlungswärmesenkenblock, der eine Halbleiterlaservorrichtung trägt, und einem Verpackungs sockel, auf dem der Wärmesenkenblock befestigt ist, vorkom men würde.

Fig. 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine lichte mittierende Halbleitervorrichtung, und die Fig. 6(a) und 6(b) zeigen schematische Schnittansichten hiervon. Fig. 6(a) zeigt eine schematische Schnittansicht eines Zustan des, in dem eine Halbleiter-Laservorrichtung über einen Strahlungswärmesenkenblock auf einem Verpackungssockel bei einer gewöhnlichen Temperatur befestigt ist, und Fig. 6(b) zeigt eine schematische Schnittansicht eines Zustandes, in dem der Strahlungswärmesenkenblock durch die Wärme der Halbleiterlaservorrichtung thermisch expandiert ist. In den Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 101 einen Eisensockel mit einem Durchmesser von 0,5 bis 5,6 mm Durchmesser und einer Dicke von 1,0 bis 2,0 mm, und das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Strahlungssilberblock mit einer Breite von 3,0 mm, einer Höhe von 2,0 mm, und einer Dicke von 2,0 mm. Das Bezugszeichen 103 bezeichnet eine Halbleiterlaservor richtung mit einer Breite von 0,3 mm, einer Höhe von 0,5 mm und einer Dicke von 0,1 mm. Das Bezugszeichen 104 bezeich net einen lichtemittierenden Punkt der Halbleiterlaservor richtung. Das Bezugszeichen 105 bezeichnet einen Au aufwei senden Verbindungsdraht. Das Bezugszeichen 106 bezeichnet eine Leitung als ein Bein, welches diese Halbleiterlaser vorrichtung stützt und eine Fe-Ni-Legierung mit einem Durchmesser von 0,3 mm aufweist. Das Bezugszeichen 107 be zeichnet Glasmaterial zur Fixierung der Leitung 106 durch Schmelzen und Erstarren. Das Bezugszeichen 108b bezeichnet ein Leitungsloch, welches den Eisensockel 101 zur Durchfüh rung der Leitung 106 durch den Eisensockel 101 durchdringt und zur Befestigung der Leitung 106 mit dem Glasmaterial 107. Das Bezugszeichen 202 bezeichnet einen Abschnitt mit anhaftendem Lötmaterial für die Befestigung des Silber blocks 102 am Eisensockel 101, in welchem der Silberblock 102 über die gesamte Kontaktoberfläche mit dem Eisensockel 101 gelötet ist. Zur Verdeutlichung sind Kreuze (X) auf der Oberfläche markiert, wo der Silberblock 102 an das Eisen sockel 101 gelötet ist. Das Bezugszeichen A bezeichnet die Mittelachse des Eisensockels 101.

Nach dem Anlöten des Silber-Strahlungswärmesenkenblocks 102 an dem Eisenverpackungssockel 101 mit Silberlötmasse wird die Halbleiterlaservorrichtung 103 mit einem Lötmaterial, welches Zinngold (AuSn), Siliziumgold (AuSi), Indium (In) und ähnliches beinhaltet, am Silber-Strahlungswärmesenken block 102 angelötet. Es sind drei Leitungen 106 vorgesehen, welche den Eisensockel 101 und den Silberblock 102 festhal ten. Eine Leitung 106 führt durch das Leitungsloch 108b und ist mit der Halbleiterlaservorrichtung 103 über den Verbin dungsdraht 105 verbunden, und eine weitere Leitung 106 führt durch das Leitungsloch 108b und ist über den Silber block 102 mit der Halbleiterlaservorrichtung 103 verbunden. Wie es in Fig. 6(a) dargestellt ist, weist der Eisensockel 101 herkömmlicherweise eine zylindrische Konfiguration mit einer Abstufung von der Art auf, daß ein Zylinder 101b mit einem kleineren Durchmesser auf einem Zylinder 101a mit ei nem größeren Durchmesser angeordnet ist, so daß es einfach ist, in einem späteren Vorgang ein Halbleitermodul anzu bringen. Der Eisensockel 101 ist so befestigt, daß der lichtemittierende Punkt 104 auf der Mittelachse A des Ei sensockels 101 positioniert ist.

Tabelle 1

Der lineare Ausdehnungskoeffizient, die Wärmeleitfähigkeit, die spezifische elektrische Leitfähigkeit und Young-Modul des in dieser Vorrichtung des Standes der Technik verwende ten Silbers und Eisens sind in Tabelle 1 gezeigt.

Wie in dieser Tabelle gezeigt ist, ist der lineare Ausdeh nungskoeffizient von Silber etwa 1,4mal so hoch wie der von Eisen, seine Wärmeleitfähigkeit etwa 5,3mal so hoch, die spezifische elektrische Leitfähigkeit etwa 6,1mal so hoch, und Young-Modul etwa 0,4 × 10^-10mal.

Es folgt eine Beschreibung des Wärmeausdehnungskoeffizien ten. Im allgemeinen ist der Wärmeausdehnungskoeffizient ein Betrag, welcher ein Verhältnis des Wärmeausdehnungsbetrags eines Materials relativ zu der Temperaturänderung aus drückt, wenn das Material unter einem konstanten Druck thermisch expandiert wird. Im allgemeinen variiert der Aus dehnungskoeffizient in Abhängigkeit von Temperatur und Druck. Ein Volumenausdehnungskoeffizient α, bei dem es sich um einen Wert handelt, der unter den Wärmeausdehnungskoef fizienten die Volumenänderung betrifft, wird dargestellt durch:

α = (dV/dR)/V₀ (1)

wobei V das Volumen, R die Temperatur, und V₀ das Volumen bei einer Temperatur von 0°C ist. Ein linearer Ausdehnungs koeffizient β, bei dem es sich um einen Wert handelt, der eine Änderung in der Länge im Falle eines Festkörpers be trifft, ist dargestellt durch:

β = (dL/dR)/L₀ (2)

wobei L die Länge, R die Temperatur, und L₀ die Länge bei einer Temperatur von 0°C ist. Während der Wert β in Abhän gigkeit von der Richtung für ein anisotropisches Material variiert, steht das Verhältnis von α = 3β für ein isotropi sches Material. Quarzglas und Invar sind als Materialien mit einem ziemlichen geringen Ausdehnungskoeffizienten be kannt.

Um eine in der Halbleiterlaservorrichtung 103 erzeugte Wärme wirksam nach außen abzuführen, wird der Silber, Kup fer und ähnliches beinhaltende sowie eine bestimmte Wärme leitfähigkeit aufweisende Strahlungswärmesenkenblock 102 in der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung von Fig. 5 und 6 nach dem Befestigen der Halbleiterlaservorrichtung 103 auf dem Strahlungswärmesenkenblock 102 auf dem Verpackungs sockel 101 befestigt, welcher gewöhnlich aus Eisen herge stellt ist. Der Grund hierfür ist, daß die durch den Ver packungssockel 101 hindurchführende Leitung 106 in einem Zustand am Verpackungssockel 101 befestigt werden muß, in dem die Leitung 106 von dem Verpackungssockel elektrisch isoliert ist, und daß das Glasmaterial 107 zur Befestigung verwendet wird. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas ist kleiner als der von Silber, und wenn für den Ver packungssockel 101 Silber verwendet wird, wird das Glas durch die Erschmelzung und Fixierung unvorteilhaft zerbro chen. Da Eisen einen geringeren linearen Ausdehnungskoeffi zienten, d. h. etwa zwei Drittel so groß wie der von Silber, aufweist und keine Probleme hinsichtlich der Erzeugung von Sprüngen aufweist, ist es vorteilhafter, einen eisernen Verpackungssockel 101 zu verwenden.

Beispielsweise ist der lineare Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas 5,5 × 10^-7/K, und der lineare Ausdehnungskoeffi zient von Silber und Glas ist etwa 35- bzw. 25mal so hoch wie der von Quarzglas. Der lineare Ausdehnungskoeffizient von Silber ist etwa 1,4mal so hoch wie der von Eisen, und die Wärmeleitfähigkeit von Silber ist etwa 5,3mal so hoch wie die von Eisen. Somit sind der lineare Ausdehnungskoef fizient und die Wärmeleitfähigkeit von Silber viel höher als diejenigen von Eisen.

Wenn Silber für den Verpackungssockel 101 verwendet wird, springt die Glasschmelze durch die Abkühlung und Erhärtung, denn wenn die Glasschmelze mit einer hohen Temperatur in das Leitungsloch 108b gegossen wird, wird die Wärme auf grund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Silbers leichter ab geführt, und die Temperatur des Silbers in der Nachbar schaft des Leitungsloches 108b steigt schnell über einen weiten Bereich wie auch auf eine hohe Temperatur, wobei das Volumen des aufgrund der Wärme des Schmelzglases bei hoher Temperatur stark ausgedehnten Silbers auch aufgrund des ho hen linearen Ausdehnungskoeffizienten von Silber stark va riiert.

Wenn hingegen Eisen für den Verpackungssockel 101 verwendet wird, springt eine Glasschmelze während des Abkühlens und Erstarrens nicht, denn wenn die Glasschmelze mit hoher Tem peratur in das Leitungsloch 108b gegossen wird, wird die Wärme aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Eisens schlechter abgeführt, und der Temperaturanstieg des Eisens in der Nachbarschaft des Leitungsloches 108b beschränkt sich auf einen engen Bereich wie auch auf eine geringere Temperatur im Vergleich mit dem Fall des Silbersockels, wo durch sich das aufgrund der Wärme der Glasschmelze mit ho her Temperatur thermisch expandierte Volumen des Eisens nur um einen kleinen Betrag ändert, was auch durch den geringen linearen Ausdehnungskoeffizienten von Eisen verursacht wird.

Zusätzlich liegt der Grund dafür, warum die Glasschmelze während des Abkühlens und Erstarrens springt, darin: die Wärmeleitfähigkeit von Silber ist wesentlich höher als die von Eisen, d. h. etwa 5,3 mal so hoch wie die von Eisen, so daß wenn Silber mit hoher Wärmeleitfähigkeit für den Sockel verwendet wird, die Glasschmelze von der hohen Temperatur schnell abgekühlt wird, und der Unterschied zwischen den Temperaturverteilungen an der Oberfläche und an den inneren Abschnitten des Glases innerhalb kurzer Zeit erhöht wird, wodurch der Unterschied in der Wärmeausdehnung aufgrund des Temperaturunterschiedes auf einen zu hohen Wert erhöht wird.

Üblicherweise weist der Eisensockel 101, auf dem der Halb leiterlaser 103 und der Silberblock 102 befestigt sind, op tische Teile wie etwa Linsen und optische Fasern auf und ist in einer als Modul bezeichneten Struktur aufgebaut, in welcher ein in dem Halbleiterlaser 103 erzeugter und von diesem emittierter Laserstrahl von der optischen Faser nach außen geführt wird.

Im allgemeinen ist der Temperaturbereich, in dem das Halb leiterlasermodul verwendet wird, breit, d. h. von etwa 0 bis 80°C.

Wenn somit die Temperatur des Eisensockels 101 und des Sil berblocks 102 aufgrund der Wärmeerzeugung der Halbleiterla servorrichtung 103 stark variiert, wie es in der Fig. 6(b) schematisch dargestellt ist, so wird der auf dem Eisen sockel 101 angeordnete Silberblock 102 fast isotrop mit seinem Schwerpunkt als Mittelpunkt der Ausdehnung thermisch expandiert, und der auf dem Silberblock 102 befestigte lichtemittierende Punkt 104 der Halbleiterlaservorrichtung 103 bewegt sich von der Mittelachse A des Eisensockels 101 um den Bewegungsbetrag δ in die Richtung y.

Wenn die Dicke des Silberblockes 102 in der Richtung y etwa 2 mm beträgt, so ist der Bewegungsbetrag δ von der Mittel achse des Eisensockels 101 bei einem Temperaturunterschied von 30K etwa 0,5 µm, wie durch Versuche der Erfinder nach gewiesen wurde.

Da in dem Halbleiterlasermodul eine Linse vorgesehen ist und ein Laserstrahl sich durch die Linse fortpflanzt und in eine optische Faser eintritt, wird die Bewegung des lichte mittierenden Punktes 104 aufgrund der Wärmeausdehnung durch die Vergrößerung der Linse auf der Einfallsebene der opti schen Faser vergrößert, auf welche der Laserstrahl der Halbleiterlaservorrichtung 103 einfällt. Da herkömmlicher weise eine Linse mit fünf- oder sechsfacher Vergrößerung verwendet wird, entspricht der Bewegungsbetrag δ = 0,5 µm des lichtemittierenden Punktes 104 der Halbleiterlaservor richtung 103 der Bewegung von 2,5 bis 3,0 µm an der Ein fallsebene der optischen Faser. Da der Durchmesser des Ker nes der optischen Faser, also eines Abschnittes, durch wel chen sich das Licht fortpflanzt, kleiner als 10 µm ist, ist die Bewegung von 2,5 bis 3,0 µm an der Einfallsebene der optischen Faser zu groß, um ignoriert werden zu können.

Wie oben beschrieben ist, kann das von der Halbleiterlaser vorrichtung 103 ausgegebene Licht, welches mit der Tempera turänderung variiert, auch bei einem konstantem Betrieb des aus gegebenen Lichtes durch Einstellen der Spannung und des Stromes, welche an die Halbleiterlaservorrichtung 103 ange legt sind, wegen einer starken Veränderung des ausgegebenen Lichtes nicht konstant gemacht werden, wodurch ein von der optischen Faser ausgegebenes Licht unvorteilhaft beeinflußt wird.

Wenn der Verpackungssockel 101 aus dem gleichen Material wie der Strahlungswärmesenkenblock 102 hergestellt ist, beispielsweise wenn der Silbersockel 101 und der Silber block 102 verwendet werden, gleicht der Ausdehnungsbetrag des Silbersockels denjenigen des Silberblockes 102 aus, da an der Befestigungsoberfläche zwischen dem Silbersockel 101 und dem Silberblock 102 der Ausdehnungsbetrag des Silber sockels aufgrund des Temperaturanstieges gleich demjenigen des Silberblockes 102 ist, wodurch keine Bewegung des lich temittierenden Punktes 104 des Halbleiterlasers 103 auf tritt. Aus dem oben beschriebenen Grund kann Silber jedoch nicht für den Sockel verwendet werden.

Wie oben beschrieben wurde, bewegt sich der das Laserlicht emittierende Punkt bei dieser Kombination des Blockmate rials und des Sockelmaterials aufgrund der unterschiedli chen Wärmeausdehnungskoeffizienten beider Materialien in Abhängigkeit von der Temperaturänderung an der Peripherie, wodurch das in die Modulfaser ausgegebene Licht in Abhän gigkeit von der Temperaturänderung unvorteilhaft variiert.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 61-29188 beschreibt einen Laserdiodenbehälter, in dem ein Vorsprung 27 an einem Ende einem Befestigungssockel 24 vorgesehen ist, welcher einen Teil eines Sockels 23 bildet, an dem eine Wärmesenke 22 mit einer Laserdiodenperle 21 befestigt ist. Die Wärme senke 22 soll in Kontakt mit dem Vorsprung 27 angeordnet werden, wodurch die Position der Wärmesenke 22 mit großer Genauigkeit bestimmt wird. Diese Vorrichtung des Standes der Technik weist hingegen auch das Problem auf, daß kein stabiler Lichtausgang erhalten wird, da sich die Position des lichtemittierenden Punktes aufgrund der bei der Tempe raturänderung auftretenden Wärmeausdehnung bewegt.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 2-174179 beschreibt eine Lichtelektronvorrichtung und ein Herstellungsverfahren hierfür, in welcher durch Durchführen einer Aufklopfverar beitung einer über eine Nebenhalterung 8 auf einem Sockel 3 befestigten Wärmesenke 5 die Position eines Halbleiterele ments 9 präzise bestimmt wird. Diese Vorrichtung des Stan des der Technik hingegen weist auch ein Problem auf, daß kein stabiler Lichtausgang erzielt wird, da sich die Posi tion des lichtemittierenden Punktes aufgrund der bei der Temperaturänderung auftretenden Wärmeausdehnung bewegt.

Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 4-24978 beschreibt ein Lichthalbleiterelement, bei dem durch Anbringen eines Strahlungsblockes 30, welcher einen Harzsockel 31 durch dringt, ein Lichthalbleiterelement 33 zu einem dünnen Typ gemacht wird. Diese Vorrichtung weist hingegen auch ein Problem auf, daß kein stabiler Lichtausgang erzielt wird, da sich die Position des lichtemittierenden Punktes auf grund der bei der Temperaturänderung auftretenden Wärmeaus dehnung bewegt.

Fig. 9 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines Halblei terlasers. In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen 1 ei nen Fe-Sockel. Ein Ag-Block 8 zur Wärmestrahlung ist auf dem Fe-Sockel 1 zur Befestigung eines Halbleiterlaserchip 4 auf dem Fe-Sockel 1 vorgesehen. Ein würfelförmige Borni trid-Nebenhalterung 3 dient zur Befestigung des Laserchip 1 an dem Ag-Block 8. Die Pins 5 sind am Sockel 1 befestigt und dienen zum Anlegen eines Signals an den Halbleiterchip 4. Eine Monitor-Photodiode 9 ist an einer Monitor-Photo dioden-Nebenhalterung 10 vorgesehen. Eine Kappe 6 ist zum Enthalten der den Chip 4 auf dem Fe-Sockel 1 umfassenden Elemente vorgesehen. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet ein Glasfenster. In diesem in Fig. 9 gezeigten Laser ist die Kappe 6 tatsächlich an den Sockel 1 geschweißt. Der Ag- Block 8 ist an den Fe-Sockel 1 gelötet.

Diese Halbleiterlaservorrichtung wird innerhalb eines Mo duls verwendet. Fig. 10 zeigt einen Querschnitt des Moduls. Um die Figur zu vereinfachen, ist die Kappe 6 des Halblei terlasers in der Figur weggelassen. In der Fig. 10 ist eine Halbleiterhalterung 11 vorgesehen, um den Halbleiterlaser chip 4 zu halten. Eine Linse 13 ist von einem Linsenhalter 12 gehalten vorgesehen. Eine optische Faser 16 ist von ei nem optischen Faserhalter 15 gehalten vorgesehen. Das Be zugszeichen 17 bezeichnet einen optischen Pfad für Licht, das von dem Laserchip 4 an seiner vorderen Oberfläche emit tiert wird. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen optischen Pfad für ein Licht, das von dem Laserchip 4 an seiner rück wärtigen Oberfläche emittiert wird.

Es folgt die Beschreibung der Betriebsweise dieser Laser vorrichtung.

Wenn ein Strom durch die Pins 5 an den Halbleiterlaserchip 4 geleitet wird, wird das Laserlicht 17 von dem Halbleiter laserchip 4 emittiert, und das Licht fällt durch die Linse 13 auf die optische Faser 16 ein. Dann führt die Linse die Funktion des Sammelns des Lichtes aus. Der von der Monitor- Photodiode 9 erzeugte Strom (Monitorstrom) fließt durch die externe APC (Automatic Power Control)-Schaltung, und der Antriebsstrom des Halbleiterlasers 4 wird so gesteuert, daß der Monitorstrom konstant wird und dadurch die Lichtabgabe der Vorderfacette konstant geregelt wird. Der Halbleiterla ser 4 ist durch eine starke Temperaturabhängigkeit gekenn zeichnet, und unter konstantem Antriebsstrom wird der Lichtausgang beispielsweise in einer Rate von -1,3 mW/°C verringert, und der APC-Schaltung mit Verwendung eines Mo nitorstromes wird in der Praxis nötig.

Wenn das dem Modul mit einer Laservorrichtung und einer op tischen Faser unter APC-Betrieb betrieben wird, nimmt man den Erhalt eines konstanten Ausgangs der optischen Faser unbeschadet der Temperaturänderung an. Wenn die Temperatur in dem Modul von Fig. 10 tatsächlich in einem Bereich von 5°C bis 45°C variiert wird, variiert jedoch der Ausgang der optischen Faser um etwa 0,5 bis 1,0 dB. Eine solche Verän derung im Ausgang der optischen Faser bezeichnet man als Nachführungsfehler, und es zeigt sich, daß er durch eine Lageabweichung eines Halbleiterlaserchip hervorgerufen wird, welcher mit der Temperaturänderung auftritt. Das heißt, wenn sich der Halbleiterlaserchip 4 aufgrund der Wärmeausdehnung des Sockels 1 und des Blocks 8 bewegt, be wegt sich auch der lichtemittierende Punkt, und sein Bewe gungsbetrag erhöht sich durch die Linse 13 um ein Mehrfa ches, und der Halbleiterlaserchip 4 bewegt sich mit der Temperaturänderung mit einer Rate von 0,016 µm/Grad in die Richtung y in Fig. 3. Wenn sich der Halbleiterlaserchip 4 bewegt, variiert der optische Pfad 17, und die Fokussierpo sition ändert sich ebenfalls, wodurch der Anteil des an die optische Faser 16 eingegebenen Laserlichtes variiert wird. Das heißt, die Wirksamkeit der optischen Kopplung zwischen dem Halbleiterlaserchip 4 und der optischen Faser 16 ändert sich. Wenn man den Wert des durch die Veränderung in der Wirksamkeit der optischen Kopplung mißt, zeigt es sich, daß bei einer Bewegung des Laserchip 4 um 0,2 µm ein Nachfüh rungsfehler von 0,24 dB auftritt. Dieser Nachführungsfehler sollte tatsächlich auf einen Wert unterhalb von 0,5 dB ge gen eine Temperaturänderung von etwa 40°C unterdrückt wer den, und um dies zu erreichen, ist es erforderlich, daß die Bewegungsstrecke des lichtemittierenden Punktes innerhalb eines Temperaturbereiches von 40°C unterhalb von 0,5 dB liegt, d. h. unterhalb von 0,011 µm/Grad.

Die Ableitung dieses Wertes wird folgendermaßen durchge führt:

Eine Bewegung der Lichtquelle um 0,2 µm bedeutet, daß die Lichtintensität um das ±0,056817fache variiert, und umge kehrt gesagt, um den Nachführungsfehler unterhalb von 0,5 dB zu halten (das ±0,122018fache), und angenommen daß die Bewegungsstrecke der Lichtquelle proportional zu der Veränderungsrate des Lichtes ist,

x : 0,2(µm) = 0,122018 : 0,056817
x = 0,42951(µm) (pro 40°)

Aus

0,42951 : 40 = 0,0107 ≈ 0,011 µm/Grad,

folgt die Notwendigkeit, daß der Wert unterhalb von 0,011 µm/Grad liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lichtemit tierende Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Anordnung der Strahlungswärmesenke verbessert ist, sowie ein Verfahren zur Verbindung des Strahlungswär mesenkenblockes mit einem Verpackungssockel zur Verfügung zu stellen.

Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der die Bewegung des Halbleiterlaserchip auf grund von Temperaturvariationen verringert ist, so daß die Temperaturvariationen des optischen Faserausganges verrin gert sind, d. h. der Nachführungsfehler verringert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine lichtemittierende Halbleiter vorrichtung gemäß Anspruch 1, 2, 3, 4 gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ein lichtemit tierendes Halbleiterelement auf, welches über einen Strah lungswärmesenkenblock auf einem Verpackungssockel befestigt ist, wobei ein lichtemittierender Punkt des lichtemittie renden Elementes auf der Mittelachse des Verpackungssockels angeordnet ist, und der lichtemittierende Punkt im Schwer punkt des Strahlungswärmesenkenblocks oder dessen Nachbar schaft angeordnet ist. Mit dieser Anordnung ist die Bewe gung des lichtemittierenden Punktes aufgrund der Tempera turänderung unterdrückt und der Lichtausgang der lichtemit tierenden Halbleitervorrichtung stabilisiert.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ein lichtemit tierendes Halbleiterelement auf, welches über einen Strah lungswärmesenkenblock auf einem Verpackungssockel befestigt ist, wobei ein lichtemittierender Punkt des lichtemittie renden Elementes auf der Mittelachse des Verpackungssockels angeordnet ist, und die untere Oberfläche des Strahlungs wärmesenkenblocks nur an einem näher an der Mittelachse des Verpackungssockels liegenden Abschnitt am Verpackungssockel anhaftet. Mit dieser Anordnung wird der Punkt der anfängli chen Ausdehnung des Strahlungswärmesenkenblocks annähernd an die Position des lichtemittierenden Punktes angeglichen, wodurch die Bewegung des lichtemittierenden Punktes aufgrund der Temperaturänderung unterdrückt und der Lichtausgang der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung stabilisiert ist.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ein lichtemit tierendes Halbleiterelement auf, welches über einen Strah lungswärmesenkenblock auf einem Verpackungssockel befestigt ist, wobei ein lichtemittierender Punkt des lichtemittie renden Elementes auf der Mittelachse des Verpackungssockels angeordnet ist, und ein ausdehnungsbegrenzender Anschlag mit einem anderen Material als demjenigen des Strahlungs wärmesenkenblocks in Berührung mit dem Strahlungswärmesen kenblock auf dem Verpackungssockel angeordnet ist. Mit die ser Anordnung ist die Bewegung des Strahlungswärmesenken blocks in der Richtung y aufgrund der Ausdehnung unter drückt und der Lichtausgang der lichtemittierenden Halblei tervorrichtung stabilisiert.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ein Halblei terlaserchipelement auf, welches über einen Strahlungswär mesenkenblock auf einem Verpackungssockel befestigt ist, wobei der Laserchip über den Strahlungswärmesenkenblock auf dem Verpackungssockel befestigt ist, so daß das von dem Chip emittierte Licht mit der Oberfläche des Verpackungs sockels einen Winkel R bildet, und der Halbleiterlaserchip über den Strahlungswärmesenkenblock in solch einer geome trischen Anordnung auf dem Sockel befestigt ist, daß eine Position und ein Winkel des auf einer Seite von dem Chip emittierten Lichtes, welches die Oberfläche des Ver packungssockels kreuzt, auch bei einer Temperaturänderung nicht variieren. Die Lageabweichung des Chip (des lichte mittierender Punktes) aufgrund der Wärmeausdehnung ist da her verringert, wodurch der Nachführungsfehler verringert ist.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, unter der Annahme daß der Abstand zwischen der Mitte der Oberflä che des Verpackungssockels und einer Position auf dem Soc kel, an der der Strahlungswärmesenkenblock befestigt ist, 11 und die Dicke des Strahlungswärmesenkenblocks 12, und der lineare Ausdehnungskoeffizient des Sockels und des Strahlungswärmesenkenblocks α1 bzw. α2 sind, die folgende Gleichung erfüllt:

Daher wird die Lageabweichung des Chip (des lichtemittie renden Punktes) aufgrund der Wärmeausdehnung verringert, wodurch der Nachführungsfehler verringert ist.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird in einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung die Lage abweichung in der Lichtemittierungsrichtung des Lichtes von dem Halbleiterlaserchip aufgrund der unterschiedlichen li nearen Ausdehnungsstrecke zwischen dem Verpackungssockel und dem Strahlungswärmesenkenblock durch die lineare Aus dehnung einer Nebenhalterung kompensiert, welche den Halb leiterlaserchip auf dem Strahlungswärmesenkenblock befe stigt. Daher wird die Lageabweichung des Chip (des lichte mittierenden Punktes) aufgrund der Wärmeausdehnung verrin gert, wodurch der Nachführungsfehler verringert ist.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung, unter der Annahme daß der lineare Ausdehnungskoeffizient der Ne benhalterung α3 ist, und der Abstand zwischen der Mitte des Strahlungswärmesenkenblocks auf der Oberfläche der Neben halterung und der Befestigungsmitte des Halbleiterlaserchip 13 ist, die folgende Gleichung erfüllt:

α1·11 sinR+α2·12 cosR=α3·13 (2)

Daher ist die Lageabweichung des Chip (des lichtemittieren den Punktes) aufgrund der Wärmeausdehnung verringert, wo durch der Nachführungsfehler verringert ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Es zeigt:

Fig. 1(a) und 1(b) eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht zur Veran schaulichung einer lichtemittierenden Halb leitervorrichtung gemäß einem zweiten Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 3(a) und 3(b) eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4(a) und 4(b) eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht zur Veranschaulichung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht zur Veran schaulichung einer lichtemittierenden Halb leitervorrichtung vom Grat-Typ;

Fig. 6(a) und 6(b) Schnittansichten zur Veranschaulichung der lichtemittierenden Halbleitervorrich tung vom Grat-Typ;

Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Auf baus eines Halbleiterlasers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung;

Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Auf baus eines Halbleiterlasers gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht zur Veran schaulichung des Aufbaus eines Halbleiter lasers; und

Fig. 10 eine perspektivische Ansicht zur Veran schaulichung des Aufbaus eines Halbleiter lasermoduls.

1. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 1(a) und 1(b) zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnittansicht zur Veranschaulichung einer lich temittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In den Fi guren bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 5, 6(a) und 6(b) die gleichen oder entsprechende Teile. Das Bezugszeichen 102 bezeichnet einen Silberblock, welcher ei nen unteren zylindrischen Teil 102a und einen oberen halb kreisförmigen zylindrischen Teil 102b aufweist und dessen Konfiguration dergestalt ist, daß der halbkreisförmige zy lindrische Teil 102b auf dem zylindrischen Teil 102a ange ordnet ist. Die Bezugszeichen 108a und 108b bezeichnen Lei tungslöcher, durch welche die Leitungen 106 den Eisensockel 101 und den Silberblock 102 durchdringen.

Der Eisensockel 101 hat einen Durchmesser von 0,5 bis 5,6 mm und eine Dicke von 1,0 bis 2,0 mm und eine solche Konfiguration, daß der Zylinder 101b mit einem kleineren Durchmesser auf dem Zylinder 101a mit einem größeren Durch messer angeordnet ist, während sich ihre Mittelachsen über lappen, wodurch der Umfangsteil des Sockels 101 eine abge stufte Konfiguration aufweist, weshalb in einem späteren Vorgang ein Halbleiterlasermodul einfach an diesem Sockel mit unterschiedlicher Höhe befestigt wird. Der untere zy lindrische Teil 102a des Silberblockes 102 ist fest an dem oberen zylindrischen Teil 101b mit einem kleineren Durch messer des Eisensockels durch Löten über die gesamte rück wärtige Oberfläche des zylindrischen Teils 102a angeordnet. Am Silberblock 102 weist der zylindrische Teil 102a einen Durchmesser von 0,5 bis 5,6 mm und eine Höhe von 0,5 mm auf, und der halbkreisförmige zylindrische Teil 102 weist eine Höhe von 1,5 mm auf. Der lichtemittierende Punkt 104 der Halbleiterlaservorrichtung 103 mit einer Breite von 0,3 mm, einer Höhe von 0,5 mm und einer Dicke von 0,1 mm ist auf der Mittelachse A des Eisensockels 101 und auch im Schwerpunkt G des Strahlungswärmesenkenblocks 102 oder in dessen Nachbarschaft angeordnet.

Es sind drei Leitungen 106 vorgesehen, welche den Eisen sockel 101 und den Silberblock 102 halten. Eine Leitung 106a ist durch die Leitungslöcher 108a und 108b geführt und mit einer Vorderflächenelektrode 109 der Halbleiterlaser vorrichtung 103 über den Verbindungsdraht 105 verbunden, und eine Leitung 106b ist durch das Leitungsloch 108b ge führt und mit einer Rückflächenelektrode 110 der Halblei terlaservorrichtung 103 über den Silberblock 102 verbunden. Die Leitungen 106 sind durch Erschmelzen des Glasmaterials 107, mit dem die Leitungslöcher 108 aufgefüllt werden, be festigt. Das Leitungsloch 108a des Silberblockes 102 ist mit mit dem Glasmaterial 107 aufgefüllt.

Während im allgemeinen Eisen als Material für den Sockel 101 verwendet wird, kann eine Legierung wie etwa Covar, welche als Hauptbestandteil Eisen oder eine wolframhaltige Legierung als Bestandteil beinhaltet, verwendet werden. Silber oder Kupfer mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wird im allgemeinen als Material für den Block 102 verwendet. In dieser Hinsicht ist die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer wie in der folgenden Tabelle gezeigt.


Kupfer
linearer Ausdehnungskoeffizient\|0,162 × 10^-4/K
Wärmeleitfähigkeit	398 W/m K
spezifische elektrische Leitfähigkeit	0,599 × 10⁸ S/m
Young-Modul	110 × 10⁹ N/m²

Die Fixierung des Silberblockes 102 am Sockel 101 kann durch Löten oder Silberlöten ausgeführt werden. Während die Konfiguration des Silberblockes wie in Fig. 1(b) gezeigt einen L-förmigen Querschnitt aufweist, ist sie nicht darauf beschränkt, solange der lichtemittierende Punkt 104 der Halbleiterlaservorrichtung 103 im Schwerpunkt G des Silber blockes 102 oder in seiner Nachbarschaft, wie auch auf der Mittelachse A des Eisensockels 101 angeordnet ist. Der Block 102 kann beispielsweise einen im allgemeinen U-förmi gen Querschnitt aufweisen, an dem auch bei einer halbkreis zylinderförmigen Konfiguration ein Teil auf der dem Teil mit der halbkreis-zylinderförmigen Konfiguration gegenüber liegenden Seite unentfernt bleiben kann, wobei nur ein Teil, an dem die Halbleiterlaservorrichtung befestigt wer den soll, entfernt ist. Der Block 102 kann auch ein solcher sein, welcher durch Durchführung einer ähnlichen Verarbei tung an einem Blockmaterial mit einer prismatischen Konfi guration hergestellt ist. Im Grenzfall kann der Block 102 mit einer echt kreisförmigen, zylinderförmigen Konfigura tion und einer kleinen Öffnung, an welcher die Halbleiter laservorrichtung 103 im Schwerpunkt G, welcher ein Ausdeh nungsmittelpunkt des Blockes 102 ist, oder in seiner Nach barschaft befestigt werden kann, verwendet werden.

Da somit die lichtemittierende Halbleitervorrichtung derart hergestellt ist, daß der lichtemittierende Punkt 104 fast im Schwerpunkt G des Silberblockes 102 oder in dessen Nach barschaft wie auch auf der Mittelachse A des Eisensockels 101 positioniert ist, ereignet sich eine Ausdehnung des Zu sammensetzungsmaterials aufgrund einer Temperaturschwankung hauptsächlich mit dem Schwerpunkt des Silberblockes 102, d. h. dem lichtemittierenden Punkt 104 als Mittelpunkt der Ausdehnung, weshalb sich der lichtemittierende Punkt 104 kaum bewegt. Wenn ein Modul durch Kuppeln der wie oben be schrieben hergestellten lichtemittierenden Halbleitervor richtung und eines Linsensystems hergestellt wird, kann da her, wenn der Laserstrahlausgang von der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung konstant gemacht ist, ein überlegenes Halbleiterlasermodul hergestellt werden, bei dem der Laser strahlausgang an die Faser auch bei Temperaturschwankung kaum variiert.

2. Ausführungsbeispiel

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 3(a) und 3(b) zeigen schematische Schnittansichten der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung bei einer gewöhn lichen Temperatur, und die lichtemittierende Halbleitervor richtung bei einem Fall, bei dem der Silberblock auf dem Eisensockel thermisch jeweils aufgrund der Wärme von der Halbleiterlaservorrichtung expandieren. In den Figuren be zeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 5, 6(a) und 6(b) die gleichen oder entsprechende Teile. Das Bezugs zeichen 201 bezeichnet einen Lötmittelauftragsabschnitt zur Fixierung des Silberblockes 102 bei dem Eisensockel 101, wobei zur Verdeutlichung Kreuze (X) auf der Oberfläche an gedeutet sind, bei der der Silberblock 102 mit dem Eisen sockel 101 verlötet ist. Gemäß diesem zweiten Ausführungs beispiel wird bei der Befestigung des Silberblockes 102 bei dem Eisensockel 101 die Befestigung durch Löten lediglich bei der nahen Seite des Silberblockes 102 zur Mittelachse A des Eisensockels 101 durchgeführt (Lötmittelauftragsab schnitt 201).

In diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Strahlungs silberblock 102 von einer rechtwinkligen Parallelepipedform mit einer Breite von 3,0 mm, einer Höhe von 2,0 mm und ei ner Dicke von 2,0 mm am Eisensockel 101 einer kreisförmigen Säulenkonfiguration mit einem Durchmesser von 0,5 bis 5,6 mm und einer Dicke von 1,0 bis 2,0 mm durch Ausführen von Löten auf der gesamten Kontaktoberfläche befestigt, wo bei der Lötvorgang auf einen engen Bereich in der Nähe der Mittelachse A des Eisensockels 101 begrenzt ist. Die Halb leiterlaservorrichtung 103 ist an den Silberblock 102 gelö tet, so daß der lichtemittierende Punkt 104 der Halbleiter laservorrichtung 103 mit einer Breite von 0,3 mm, einer Hö he von 0,5 mm und einer Dicke von 0,1 mm auf der Mittel achse A des Eisensockels 101 angeordnet ist.

Im Eisensockel 101 wird das Leitungsloch 108b gebildet, durch welches die Leitung 106, welche eine Fe-Ni-Legierung mit einem Durchmesser von 0,3 mm aufweist, geführt wird. Die Leitungen 106 sind durch Schmelzen des Glasmaterials 107, mit dem die Leitungslöcher 108b aufgefüllt werden, be festigt. Es sind drei Leitungen 106 vorgesehen, welche den Silberblock 102 und den Eisensockel 101 halten. Eine Lei tung 106a ist durch das Leitungsloch 108b geführt und mit einer Vorderflächenelektrode 109 der Halbleiterlaservor richtung 103 über den Verbindungsdraht 105, welcher Au be inhaltet, verbunden, und eine Leitung 106b ist durch das Leitungsloch 108b geführt und mit einer Rückflächenelektro de 110 der Halbleiterlaservorrichtung 103 über den Silber block 102 verbunden.

Es folgt eine Beschreibung des Betriebes und der Funktion des zweiten Ausführungsbeispiels.

Bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung gemäß Fig. 5, 6(a) und 6(b) ist der Lötmittelauftragsabschnitt 202 zur Befestigung des Silberblockes 102 und des Eisensockels 101 auf der gesamten rückseitigen Oberfläche des Silberblockes 102 vorgesehen. Da in diesem Fall Lötmittel auf die gesamte rückseitige Oberfläche aufgetragen wird, tritt eine isotro pische Expansion des Silberblockes 102 auf, und der licht emittierende Punkt 104 der Halbleiterlaservorrichtung 103 bewegt sich in Y-Richtung.

Da auf der anderen Seite gemäß dem zweiten Ausführungsbei spiel gemäß Fig. 2, 3(a) und 3(b) der Lötmittelauftragsab schnitt 201 innerhalb eines engen Bereiches in der Nachbar schaft der Mittelachse A des Eisensockels 101 begrenzt ist, wird ein festes Ende der Ausdehnung in der Nachbarschaft der Mittelachse A positioniert, und der Silberblock 101 dehnt sich hauptsächlich in -Y-Richtung aus, so daß der Grad der Bewegung Δ des lichtemittierenden Punktes 104 der Halbleiterlaservorrichtung 103 auf etwa die Hälfte zu dem Wert der eingangs beschriebenen Vorrichtung unterdrückt ist. Da die Dicke des Silberblockes 102 in Y-Richtung im allgemeinen einige mm beträgt, um die vorstehend beschrie benen Wirkungen des zweiten Ausführungsbeispieles zu erhal ten, liegt die Breite des Lötmittelauftragsabschnittes 201 unterhalb von etwa 1 mm.

Bei der Betrachtung des Strahlungspfades der in der Halb leiterlaservorrichtung 103 erzeugten Wärme ist es bis zu einem gewissen Grad von Nachteil, den Lötmittelhaftab schnitt 201 innerhalb eines engen Bereiches wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel zu begrenzen. Zur Überwindung dieses Nachteils kann jedoch ein Metall, welches auf leichte Weise plastisch deformierbar ist, zwischen dem Ei sensockel 101 und dem Silberblock 102 bei einem Abschnitt angeordnet sein, bei dem keine Lötmittelhaftung durchgeführt wurde. Als Beispiele für ein derartiges Metall können Indium oder Blei herangezogen werden.

Somit ist bei der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der lichtemittierende Punkt 104 der Halblaservorrichtung 103 auf der Mittelachse A des Eisensockels 101 angeordnet, und die Haftoberfläche 201, bei der der Eisensockel 101 und der Silberblock 102 angelötet sind, ist lediglich auf einem Abschnitt näher zur Mittelachse A des Eisensockels 101 vorgesehen. Als Ergebnis hiervon wird der Grad an Bewegung des lichtemittierenden Punktes 101 aufgrund von thermischen Ausdehnungen verrin gert, wodurch eine verbesserte lichtemittierende Halblei tervorrichtung zur Verfügung gestellt wird, bei der keine Variation im Ausgang des Halbleiterlaserlichts auch dann nicht auftritt, wenn die Temperatur variiert.

3. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 4(a) und 4(b) zeigen eine perspektivische Ansicht bzw. eine Draufsicht zur Erläuterung einer lichtemittieren den Halbleitervorrichtung gemäß einem dritten Ausführungs beispiel der vorliegenden Erfindung. In den Figuren be zeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 5, 6(a) und 6(b) die gleichen oder entsprechende Teile. Das Bezugs zeichen 301 bezeichnet einen Ausdehnungseinschränkungsan schlag zur Vermeidung einer Ausdehnung des Silberblockes. In diesem dritten Ausführungsbeispiel wird der aus Eisen gefertige Ausdehnungseinschränkungsanschlag 301 zur Vermei dung einer Ausdehnung des Silberblockes 102 in Berührung mit dem Silberblock am Eisensockel 101 vorgesehen.

In diesem dritten Ausführungsbeispiel ist der Strahlungs silberblock 102 von einer rechtwinkligen Parallelopipedform mit einer Breite von 3,0 mm, einer Höhe von 2,0 mm und ei ner Dicke von 2,0 mm am Eisensockel 101 einer kreisförmigen Säulenkonfiguration mit einem Durchmesser von 0,5 bis 5,6 mm und einer Dicke von 1,0 bis 2,0 mm durch Ausführen von Löten auf der gesamten Kontaktoberfläche befestigt. Die Halbleiterlaservorrichtung 103 ist an den Silberblock 102 gelötet, so daß der lichtemittierende Punkt 104 der Halb leiterlaservorrichtung 103 mit einer Breite von 0,3 mm, ei ner Höhe von 0,5 mm und einer Dicke von 0,1 mm auf der Mit telachse A des Eisensockels 101 angeordnet ist.

Im Eisensockel 101 wird das Leitungsloch 108b gebildet, durch welches die Leitung 106, welche eine Fe-Ni-Legierung mit einem Durchmesser von 0,3 mm aufweist, geführt wird. Die Leitungen 106 sind durch Schmelzen des Glasmaterials 107, mit dem die Leitungslöcher 108b aufgefüllt werden, be festigt. Es sind drei Leitungen 106 vorgesehen, welche den Silberblock 102 und den Eisensockel 101 halten. Eine Lei tung 106a ist durch das Leitungsloch 108b geführt und mit einer Vorderflächenelektrode 109 der Halbleiterlaservor richtung 103 über den Verbindungsdraht 105, welcher Au be inhaltet, verbunden, und eine Leitung 106b ist durch das Leitungsloch 108b geführt und mit einer Rückflächenelektro de 110 der Halbleiterlaservorrichtung 103 über den Silber block 102 verbunden. Der eiserne Ausdehnungseinschränkungs anschlag 301, welcher die Bewegung des Silberblockes 102 durch Kontaktieren des Silberblockes 102 unterdrückt, ist auf dem Eisensockel 101 in der Nachbarschaft der Mittel achse A des Eisensockels 101 vorgesehen, so daß sich der lichtemittierende Punkt 104 selbst bei der Ausdehnung des Silberblockes 102 auf die Seite der Mittelachse A des Ei sensockels 101 hin bewegen kann.

Es folgt eine Beschreibung des Betriebes und der Funktion des dritten Ausführungsbeispiels.

Es ist der Hauptzweck dieses dritten Ausführungsbeispiels, die Bewegung des Silberblockes 102 aufgrund von Wärmeaus dehnung in Richtung y zu unterdrücken. Wie es in den Fig. 4(a) und 4(b) dargestellt ist, ist in dem dritten Ausfüh rungsbeispiel, um die Ausdehnung des Silberblockes 102 in die Richtung y zu unterdrücken, der Ausdehnungseinschrän kungsteil 301, welcher das gleiche Material wie der Sockel 101 aufweist, auf dem Sockel 101 vorgesehen, und dieser Teil 301 ist auf den Silberblock 102 hingeschoben, wodurch er die Ausdehnung des Silberblockes 102 bei einer hohen Temperatur unterdrückt.

Während der Ausdehnungseinschränkungsanschlag 301 in den Fig. 4(a) und 4(b) eine Prismenkonfiguration hat, kann der Anschlag 301 eine hufeisenförmige Säulenkonfiguration ha ben, wobei der gleiche Effekt erzielt wird. Während in die sem Ausführungsbeispiel Eisen als ein Material des An schlags 301 verwendet wird, kann ein anderes Material mit einem hohen Young-Modul und einem niedrigen Ausdehnungs koeffizienten verwendet werden.

In dem oben beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel ist bei der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung der licht emittierende Punkt 104 der Halbleiterlaservorrichtung 103 auf der Mittelachse A des Eisensockels 101 positioniert, und der ausdehnungsbeschränkender Anschlag 301 zur Unter drückung der Bewegung des Silberblockes 102 aufgrund von Wärmeausdehnung ist in Berührung mit dem Strahlungsblock 102 gebildet, welcher auf der Seite der Mittelachse A des Eisensockels 101 auf dem Eisensockel 101 befestigt ist. Als Ergebnis ereignet sich keine Bewegung des lichtemittieren den Punktes 104 aufgrund von Wärmeausdehnung, wodurch eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung mit überlegener Charakteristik zur Verfügung gestellt ist, bei der auch bei Temperaturschwankung keine Schwankung des Halbleiterlaser strahlausgangs auftritt.

4. Ausführungsbeispiel

Die Fig. 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der vor liegenden Erfindung, wobei die gleichen Bezugszeichen wie die in den Fig. 9 und 10 gezeigten verwendet werden, um die gleichen oder entsprechende Teile zu bezeichnen. In diesem vierten Ausführungsbeispiel ist die Oberfläche des Fe-Sok kels 1 um einen Winkel (8) von der Oberflächenvertikalen mit dem vom Halbleiterlaserchip 4 emittierten Licht ge neigt, ein Ag-Block 2 ist als Strahlungswärmesenkenblock darauf vorgesehen, und ein Halbleiterlaserchip 4 ist über die kubusförmige Bornitrid-Nebenhalterung 3 darauf befe stigt.

In Fig. 7 bezeichnet das Bezugszeichen R wie oben beschrie ben einen Anbringungsneigungswinkel, bei dem es sich um ei nen Winkel handelt, welcher durch das von dem Chip 4 emit tierte Licht und die Oberfläche des Verpackungssockels 4 gebildet ist, wenn der Fe-Sockel 1 mit dem linearen Ausdeh nungskoeffizienten α1 und der Ag-Block 2 mit dem linearen Ausdehnungskoeffizienten α2 eingesetzt werden, und wenn der Block 2 an einem Punkt des Sockels 1 befestigt ist, welcher sich in einem Abstand 11 von der Mitte des Sockels 1 befin det und die Dicke des Blocks 2 12 beträgt, folgende Glei chung erfüllt:

Zusätzlich ist der Veränderungsbetrag in Richtung y des Sockels 1 durch die Temperaturänderung 11·α1·ΔT·cosR, und der Veränderungsbetrag in Richtung y des Blocks 2 durch die Temperaturänderung beträgt 12·α2·ΔT·sinR. Daher wird die Be dingung, daß diese sich aufheben, d. h. die Bedingung, daß die Position des lichtemittierenden Punktes des Halbleiter laserchip 4 in der Richtung der Achse y nicht um diese Ver änderungsbeträge variiert, wie folgt, wenn der lineare Aus dehnungskoeffizient der Nebenhalterung 3 nicht in Betracht gezogen ist:

Folglich, wenn der Fe-Sockel 1 (αA=15 × 10-6/°C) und der Ag-Block 2 (αB=15 × 20-6/°C) verwendet werden, ergibt sich

Bei diesem vierten Ausführungsbeispiel wird die Lageabwei chung des Laserchip in der Richtung y durch Steuerung der Konfigurationen des Sockels 1 und des Blocks 2 unterhalb von 0,0125 µm/Grad gehalten. Anders ausgedrückt, wenn man annimmt, daß der Abstand zwischen der Mitte des Sockels und der Mitte des Blockes 3 mm beträgt, dann ist der Wärmeaus dehnungskoeffizient des Chip (des lichtemittierenden Punk tes) unterhalb von 4 × 10^-6/Grad gemacht, um den er sich aufgrund des Sockels in der Richtung -y thermisch expan diert und aufgrund des Blockes in der Richtung +y zurück kehrt, und dadurch ist die Lageabweichung des Chip 4 in Richtung der Achse y, d. h. die Lageabweichung des licht emittierenden Punktes, gelöst.

Hier errechnet sich der Wert von weniger als 4×10^-6/Grad aufgrund der Annahme, daß der Abstand zwischen der Mitte des Sockels und der Mitte des Blocks 3 mm beträgt, und um die Lageabweichung unterhalb von 0,011 µm/Grad zu halten, muß der Wärmeausdehnungskoeffizient unterhalb von

0,011 µm/3 mm = 3,66×10^-6 → = 4×10^-6/Grad

liegen.

In der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung dieses vierten Ausführungsbeispiels ist die Lageabweichung des Chip (des lichtemittierenden Punktes) aufgrund der Wärme ausdehnung reduziert, wodurch der Nachführungsfehler redu ziert ist.

5. Ausführungsbeispiel

Bei dem oben beschriebenen vierten Ausführungsbeispiel ist die Lageabweichung des Chips (des lichtemittierenden Punk tes) in der Richtung der Achse y durch Anbringung des Soc kels 1 und des Blocks in vorbestimmten geometrischen Anord nungen aufgehoben. Die Lageabweichung des Chip 4 in der Richtung der Achse z ist jedoch noch nicht gelöst.

Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist darauf gerichtet, diesen Punkt zu lösen. Das heißt, in dem der Chip 4 separat von der Position der Mitte des Bloc kes 2 auf der Nebenhalterung 3 angeordnet ist, werden die Abweichung in Richtung der Z-Achse (α1·11sinR+α2·12cosR) ΔT und die Abweichung in der umgekehrten Richtung α3·13·ΔT auf grund des linearen Ausdehnungskoeffizienten der Nebenhalte rung 3 einander gleich gemacht. Das heißt, die oben be schriebene Formel (2) wird erfüllt.

Bei diesem fünften Ausführungsbeispiel ist der lineare Ex pansionskoeffizient der Nebenhalterung 3 und der Abstand zwischen der Mitte des Blockes 2 und der Anbringungsmitte des Chip 4 so eingestellt, daß die Beziehung der Formel (2) erfüllt ist. Daher ist nicht nur die Lageabweichung des lichtemittierenden Punktes in Richtung der Y-Achse, sondern auch die Lageabweichung des lichtemittierenden Punktes in Richtung der Z-Achse aufgehoben.

Bei dem oben beschriebenen vierten und fünften Ausführungs beispiel ist ein Halbleiterlaser beschrieben, wobei die gleichen Effekte auch für eine lichtemittierende Diode er halten werden können.

Wie oben beschrieben ist, ist gemäß dem ersten Ausführungs beispiel der lichtemittierende Punkt einer Halbleiterlaser vorrichtung in einer lichtemittierenden Halbleitervorrich tung im Schwerpunkt eines Silberblockes oder in dessen Nachbarschaft wie auch auf der Mittelachse eines Eisen sockels angeordnet, und dadurch ist es möglich, den Bewe gungsbetrag der Position des lichtemittierenden Punktes aufgrund eines unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizi enten zwischen dem Eisensockel und dem Silberblock auch bei der Temperaturschwankung auf einen geringeren Wert zu brin gen, wodurch man ein Halbleiterlasermodul erhält, bei dem nur eine kleine Variation im Lichtausgang auftritt.

Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der lichtemittie rende Punkt eines lichtemittierenden Halbleiterelementes auf der Mittelachse des Verpackungssockels angeordnet, und der Silberblock ist am Eisensockel nur an einem näher an der Mittelachse des Eisensockels liegenden Abschnitt ange lötet, mit dem Ergebnis einer lichtemittierenden Halblei tervorrichtung mit stabilem Lichtausgang, wobei die Bewe gung der Position des lichtemittierenden Punktes auch bei einer Temperaturschwankung unterdrückt ist.

Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der lichtemittie rende Punkt eines lichtemittierenden Halbleiterelementes auf der Mittelachse des Verpackungssockels angeordnet, und ein ausdehnungsbeschränkender Anschlag ist am Eisensockel in Berührung mit dem Silberblock an der näher an der Mit telachse des Eisensockels liegenden Seite vorgesehen, mit dem Ergebnis einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung mit stabilem Lichtausgang, wobei die Bewegung der Position des lichtemittierenden Punktes auch bei einer Temperatur schwankung unterdrückt ist.

Gemäß dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel erhält man den Vorteil, daß die Position des lichtemittierenden Punk tes auch bei einer Temperaturschwankung nicht variiert, weshalb eine Halbleiterlaservorrichtung auch in einer Umge bung mit wahrscheinlichen Temperaturvariationen für lange Zeit eingesetzt werden kann, und man erhält eine sehr vor teilhafte lichtemittierende Vorrichtung im Sinne langanhal tender Zuverlässigkeit.

Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung weist eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung ein Halbleiterlaserchipelement auf, welches über einen Strahlungswärmesenkenblock auf einem Verpackungssockel be festigt ist, der Halbleiterlaserchip ist über den Strah lungswärmesenkenblock auf dem Verpackungssockel befestigt, so daß das von dem Chip emittierte Licht einen Winkel R mit der Oberfläche des Verpackungssockels erzeugt, und der Halbleiterlaserchip ist über den Strahlungswärmesenkenblock in einer solchen geometrischen Anordnung befestigt, daß ei ne Position und ein Winkel des auf der einen Seite von dem Chip emittierten Lichtes mit der Oberfläche des Ver packungssockels auch bei einer Temperaturänderung nicht va riieren. Daher ist die Lageabweichung des Chip (des lichte mittierenden Punktes) aufgrund der Wärmeausdehnung reuz diert, wodurch der Nachführungsfehler reduziert ist.

Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung ist bei einer lichtemittierenden Halbleitervorrich tung, unter der Annahme daß der Abstand zwischen der Mitte der Oberfläche des Verpackungssockels und einer Position auf dem Sockel, an der der Strahlungswärmesenkenblock befe stigt ist, 11 und die Dicke des Strahlungswärmesenkenblocks 12, und der lineare Ausdehnungskoeffizient des Sockels und des Strahlungswärmesenkenblocks α1 bzw. α2 ist, die folgen de Gleichung erfüllt:

Gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung ist in einer lichtemittierenden Halbleitervorrich tung die Lageabweichung in der Lichtemittierungsrichtung des Lichtes von dem Halbleiterlaserchip des Halbleiterla serchip aufgrund der unterschiedlichen linearen Ausdeh nungsstrecke zwischen dem Verpackungssockel und dem Strah lungswärmesenkenblock durch die lineare Ausdehnung einer Nebenhalterung kompensiert, welche den Halbleiterlaserchip auf dem Strahlungswärmesenkenblock befestigt. Daher wird die Lageabweichung des Chip (des lichtemittierenden Punk tes) aufgrund der Wärmeausdehnung verringert, wodurch sich der Nachführungsfehler verringert.

Gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er findung ist bei einer lichtemittierenden Halbleitervorrich tung, unter der Annahme daß der lineare Ausdehnungskoeffi zient der Nebenhalterung α3 ist, und der Abstand zwischen der Mitte des Strahlungswärmesenkenblocks auf der Oberflä che der Nebenhalterung und der Befestigungsmitte des Halb leiterlaserchip 13 ist, die folgende Gleichung erfüllt:

α1·11 sinR+α2·12 cosR=α3·13 (2)

Claims

1. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung (Fig. 1), wel che aufweist:
ein lichtemittierendes Halbleiterelement (103), welches über einen Strahlungswärmesenkenblock (102) auf einem Verpackungssockel (101) befestigt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß
ein lichtemittierender Punkt (104) des lichtemittieren den Halbleiterelementes (103) auf der Mittelachse (A) des Verpackungssockels (101) angeordnet ist, wobei der lichtemittierende Punkt (104) entweder im Schwerpunkt (G) des Strahlungswärmesenkenblockes (102) oder in der Nähe hiervon angeordnet ist.

2. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung (Fig. 2 und 3), welche aufweist:
ein lichtemittierendes Halbleiterelement (103), welches über einen Strahlungswärmesenkenblock (102) auf einem Verpackungssockel (101) befestigt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß
ein lichtemittierender Punkt (104) des lichtemittieren den Halbleiterelementes (103) auf der Mittelachse (A) des Verpackungssockels (101) angeordnet ist, und
eine untere Oberfläche des Strahlungswärmesenkenblockes (102) nur an einem näher an der Mittelachse (A) des Verpackungssockels (101) liegenden Abschnitt mit dem Verpackungssockel (101) verbunden ist.

3. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung (Fig. 4), wel che aufweist:
ein lichtemittierendes Halbleiterelement (103), welches über einen Strahlungswärmesenkenblock (102) auf einem Verpackungssockel (101) befestigt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß
ein lichtemittierender Punkt (104) des lichtemittieren den Halbleiterelementes (103) auf der Mittelachse (A) des Verpackungssockels (101) angeordnet ist, und
ein ausdehnungsbeschränkender Anschlag (301) mit einem anderen Material als demjenigen des Blockes (102) in Kontakt mit dem Strahlungswärmesenkenblock (102) am Verpackungssockel (101) vorgesehen ist.

4. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung, welche auf weist:
ein Halbleiterlaserchipelement (4), welches über einen Strahlungswärmesenkenblock auf einem Verpackungssockel (1) befestigt ist; wobei
der Halbleiterlaserchip (4) über den Strahlungswärme senkenblock (2) auf dem Verpackungssockel (1) derart befestigt ist, daß das von dem Chip (4) emittierte Licht einen Winkel R mit der Oberfläche des Ver packungssockels (1) bildet;
der Halbleiterlaserchip (4) über den Strahlungswärme senkenblock (2) in einer solchen geometrischen Anord nung auf dem Sockel (1) befestigt ist, daß eine Positi on und ein Winkel des auf der einen Seite von dem Chip (4) emittierten Lichtes mit der Oberfläche des Ver packungssockels (1) auch bei einer Temperaturänderung nicht variieren.

5. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei unter der Annahme, daß der Abstand zwischen der Mitte der Oberfläche des Verpackungssockels (1) und einer Position auf dem Sockel (1), an der der Strah lungswärmesenkenblock (2) befestigt ist, einen Wert von 11, die Höhe von der Mitte des Sockels (1) zu einer Po sition auf dem Wärmesenkenblock (2), an der der Halb leiterlaserchip (4) befestigt ist, einen Wert von 12 aufweist, und die linearen Ausdehnungskoeffizienten des Sockels (1) und des Wärmesenkenblockes (2) α1 bzw. α2 sind, die folgende Gleichung erfüllt ist:

6. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Lageabweichung in der Lichtemittierungs richtung des Lichtes von dem Halbleiterlaserchip (4) des Halbleiterlaserchip (4) aufgrund der unterschiedli chen linearen Ausdehnungsstrecke zwischen dem Ver packungssockel (1) und dem Strahlungswärmesenkenblock (2) durch die lineare Ausdehnung einer Nebenhalterung (3) kompensiert ist, welche den Halbleiterlaserchip (4) auf dem Wärmesenkenblock (2) befestigt.

7. Lichtemittierende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei unter der Annahme, daß der lineare Ausdeh nungskoeffizient der Nebenhalterung (3) α3 ist, und der Abstand zwischen der Mitte des Wärmesenkenblocks (2) auf der Oberfläche der Nebenhalterung (3) und der Befe stigungsmitte des Halbleiterlaserchip (4) 13 ist, die folgende Gleichung erfüllt ist: α1·11 sinR+α2·12 cosR=α3·13 (2).