(57)【要約】【課題】ワイヤボンディングのための面積を小さくすることができるＧａＮ系半導体光素子及び光モジュールを提供することを目的とする。【解決手段】ＧａＮ系半導体光素子１０は、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２と、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２の上面に設けられたＰ側電極２０及びＮ側電極２２と、上面とは反対側の下面に接合されたサブマウント２８と、Ｐ側電極２０に一端がウェッジボンディングされた第１ワイヤ２４と、Ｎ側電極２２に一端がウェッジボンディングされた第２ワイヤ２６と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ系半導体レーザチップと、
前記ＧａＮ系半導体レーザチップの上面に設けられたＰ側電極及びＮ側電極と、
前記上面とは反対側の下面に接合されたサブマウントと、
前記Ｐ側電極に一端がウェッジボンディングされた第１ワイヤと、
前記Ｎ側電極に一端がウェッジボンディングされた第２ワイヤと、
を有することを特徴とするＧａＮ系半導体光素子。
【請求項２】
請求項１に記載されたＧａＮ系半導体光素子であって、
前記ＧａＮ系半導体レーザチップの前記下面は金属からなることを特徴とするＧａＮ系半導体光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載されたＧａＮ系半導体光素子であって、
前記Ｐ側電極及び前記Ｎ側電極は、それぞれ、一方向に長くなるように形成され、
前記第１ワイヤは、前記Ｐ側電極から、前記Ｐ側電極の長手方向に沿って引き出され、
前記第２ワイヤは、前記Ｎ側電極から、前記Ｎ側電極の長手方向に沿って引き出されていることを特徴とするＧａＮ系半導体光素子。
【請求項４】
請求項３に記載されたＧａＮ系半導体光素子であって、
前記Ｐ側電極及び前記Ｎ側電極の長手方向に直交する幅は、それぞれ、９０μｍ以下であり、
前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は５０〜７５μｍであり、
前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は５０〜７５μｍであることを特徴とするＧａＮ系半導体光素子。
【請求項５】
請求項３に記載されたＧａＮ系半導体光素子であって、
前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第１ワイヤの直径以上であって、１００μｍ以下であり、
前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第２ワイヤの直径以上であって、１００μｍ以下であることを特徴とするＧａＮ系半導体光素子。
【請求項６】
請求項３に記載されたＧａＮ系半導体光素子であって、
前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第１ワイヤの直径以上であって、前記第１ワイヤの直径の２倍以下であり、
前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第２ワイヤの直径以上であって、前記第２ワイヤの直径の２倍以下であることを特徴とするＧａＮ系半導体光素子。
【請求項７】
請求項３に記載されたＧａＮ系半導体光素子であって、
前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第１ワイヤの直径以上であって、前記第１ワイヤの直径の１．５倍以下であり、
前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第２ワイヤの直径以上であって、前記第２ワイヤの直径の１．５倍以下であることを特徴とするＧａＮ系半導体光素子。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載されたＧａＮ系半導体光素子と、
前記第１ワイヤの他端がボンディングされた第１リードと、
前記第２ワイヤの他端がボンディングされた第２リードと、
を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項８に記載された光モジュールであって、
前記ＧａＮ系半導体レーザチップが接合されたサブマウントをさらに有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載された光モジュールであって、
前記サブマウントが取り付けられたステムをさらに有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
請求項１０に記載された光モジュールであって、
前記サブマウントと前記ステムとの間に介在するヒートブロックをさらに有することを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ系半導体光素子及び光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特許文献１には、Ｐｉｎダイオード（半導体基板）上面に第１電極部を有し、ＬＤチップ（搭載部品）上面に第２電極部を有する半導体装置において、ワイヤ（接続線）を、第１電極部にはボールボンディングし、第２電極部にはウェッジボンディングし、リード端子のＰｉｎダイオードの上面に略平行な平坦面にボールボンディングすることが開示されている。あるいは、ワイヤを、第１電極部にはウェッジボンディングし、平坦面にはボールボンディングすることが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、ワイヤボンディング用の電極パターンが、ワイヤボンド基準パターンと、ワイヤボンド認識パターンを有し、ワイヤボンド基準パターンからワイヤボンディング位置までの距離と、ワイヤボンド認識パターンからワイヤボンディング位置までの距離を所定の値に設定することで、精度良くワイヤボンディングを行うことができる。ことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１６２２１７号公報
【特許文献２】特開２００８−２６３１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧａＮ系半導体光素子の特性向上のため、Ｐ側、Ｎ側電極を同一面に置きレイアウトを行なうと、必然的にチップ幅は広がり、取得数は減少する。取得数を向上させる方法としては、チップ幅の縮小があるが、必然的に電極面積は小さくなる。通常ワイヤボンディングを行なう場合、金線直径が20〜25μｍであれば、ボールボンディング径の直径は約100〜120μｍとなる。Ｐ側電極、Ｎ側電極が同一面にあるため、ワイヤボンディング位置制御等を考慮すると、チップ幅は250μｍ以上（リッジ幅等を考慮すると280μｍ以上）、各種プロセスマージンを考えると300μｍは必要となる。極めてマージンの無い設計となり、チップのシュリンク化が難しくなる。
【０００６】
本発明は、ワイヤボンディングのための面積を小さくすることができるＧａＮ系半導体光素子及び光モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係るＧａＮ系半導体光素子は、ＧａＮ系半導体レーザチップと、前記ＧａＮ系半導体レーザチップの上面に設けられたＰ側電極及びＮ側電極と、前記上面とは反対側の下面に接合されたサブマウントと、前記Ｐ側電極に一端がウェッジボンディングされた第１ワイヤと、前記Ｎ側電極に一端がウェッジボンディングされた第２ワイヤと、を有することを特徴とする。本発明によれば、第１ワイヤ及び第２ワイヤがそれぞれウェッジボンディングされるので、ワイヤボンディングのための面積を小さくすることができる。
【０００８】
（２）（１）に記載されたＧａＮ系半導体光素子において、前記ＧａＮ系半導体レーザチップの前記下面は金属からなることを特徴としてもよい。
【０００９】
（３）（１）又は（２）に記載されたＧａＮ系半導体光素子において、前記Ｐ側電極及び前記Ｎ側電極は、それぞれ、一方向に長くなるように形成され、前記第１ワイヤは、前記Ｐ側電極から、前記Ｐ側電極の長手方向に沿って引き出され、前記第２ワイヤは、前記Ｎ側電極から、前記Ｎ側電極の長手方向に沿って引き出されていることを特徴としてもよい。
【００１０】
（４）（３）に記載されたＧａＮ系半導体光素子において、前記Ｐ側電極及び前記Ｎ側電極の長手方向に直交する幅は、それぞれ、９０μｍ以下であり、前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は５０〜７５μｍであり、前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は５０〜７５μｍであることを特徴としてもよい。
【００１１】
（５）（３）に記載されたＧａＮ系半導体光素子において、前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第１ワイヤの直径以上であって、１００μｍ以下であり、前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第２ワイヤの直径以上であって、１００μｍ以下であることを特徴としてもよい。
【００１２】
（６）（３）に記載されたＧａＮ系半導体光素子において、前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第１ワイヤの直径以上であって、前記第１ワイヤの直径の２倍以下であり、前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第２ワイヤの直径以上であって、前記第２ワイヤの直径の２倍以下であることを特徴としてもよい。
【００１３】
（７）（３）に記載されたＧａＮ系半導体光素子において、前記第１ワイヤの前記Ｐ側電極との接合部の、前記第１ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第１ワイヤの直径以上であって、前記第１ワイヤの直径の１．５倍以下であり、前記第２ワイヤの前記Ｎ側電極との接合部の、前記第２ワイヤの引き出し方向に直交する幅は、前記第２ワイヤの直径以上であって、前記第２ワイヤの直径の１．５倍以下であることを特徴としてもよい。
【００１４】
（８）本発明に係る光モジュールは、（１）から（７）のいずれか１項に記載されたＧａＮ系半導体光素子と、前記第１ワイヤの他端がボンディングされた第１リードと、前記第２ワイヤの他端がボンディングされた第２リードと、を有することを特徴としてもよい。
【００１５】
（９）（８）に記載された光モジュールであって、前記ＧａＮ系半導体レーザチップが接合されたサブマウントをさらに有することを特徴としてもよい。
【００１６】
（１０）（９）に記載された光モジュールであって、前記サブマウントが取り付けられたステムをさらに有することを特徴としてもよい。
【００１７】
（１１）（１０）に記載された光モジュールであって、前記サブマウントと前記ステムとの間に介在するヒートブロックをさらに有することを特徴としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係るＧａＮ系半導体光素子を内蔵する光モジュールを示す一部断面の斜視図である。
【図２】ＧａＮ系半導体光素子を示す拡大斜視図である。
【図３】ＧａＮ系半導体レーザチップの拡大断面図である。
【図４】変形例に係るＧａＮ系半導体光素子を内蔵する光モジュールを示す一部断面の斜視図である。
【図５】変形例に係るＧａＮ系半導体光素子を示す拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態に係るＧａＮ系半導体光素子を内蔵する光モジュールを示す一部断面の斜視図である。光モジュールは、ＧａＮ系半導体光素子１０を有する。
【００２１】
図２は、ＧａＮ系半導体光素子を示す拡大斜視図である。ＧａＮ系半導体光素子１０は、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２を有する。ＧａＮ系半導体レーザチップ１２はメサストライプ１４を有する。
【００２２】
図３は、ＧａＮ系半導体レーザチップの拡大断面図である。ＧａＮ系半導体レーザチップ１２は、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる基板１６（例えばｎ型半導体基板）に活性層１８などを積層して形成されたものである。
【００２３】
ＧａＮ系半導体レーザチップ１２の上面には、Ｐ側電極２０及びＮ側電極２２が設けられている。Ｐ側電極２０及びＮ側電極２２は、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２の同一面に設けられている。Ｐ側電極２０及びＮ側電極２２は、それぞれ、メサストライプ１４に沿って一方向に長くなるように形成されている。Ｐ側電極２０及びＮ側電極２２の長手方向に直交する幅は、それぞれ、９０μｍ以下である。ＧａＮ系半導体レーザチップ１２の下面１２ａは金属からなる（図３参照）。
【００２４】
ＧａＮ系半導体光素子１０は、第１ワイヤ２４を有する。第１ワイヤ２４は、Ｐ側電極２０に一端がウェッジボンディングされている。第１ワイヤ２４は、Ｐ側電極２０から、Ｐ側電極２０の長手方向に沿って引き出されている。第１ワイヤ２４のＰ側電極２０との接合部の、第１ワイヤ２４の引き出し方向に直交する幅は、第１ワイヤ２４の直径以上及び直径の２倍以下（例えば１．５倍以下）であって、１００μｍ以下（例えば５０〜７５μｍ）である。
【００２５】
ＧａＮ系半導体光素子１０は、第２ワイヤ２６を有する。第２ワイヤ２６は、Ｎ側電極２２に一端がウェッジボンディングされている。第２ワイヤ２６は、Ｎ側電極２２から、Ｎ側電極２２の長手方向に沿って引き出されている。第２ワイヤ２６のＮ側電極２２との接合部の、第２ワイヤ２６の引き出し方向に直交する幅は、第２ワイヤ２６の直径以上及び直径の２倍以下（例えば１．５倍以下）であって、１００μｍ以下（例えば５０〜７５μｍ）である。
【００２６】
本実施形態によれば、第１ワイヤ２４及び第２ワイヤ２６がそれぞれウェッジボンディングされるので、ワイヤボンディングのための面積を小さくすることができる。将来的にはＧａＮ系半導体レーザチップ１２の出力が向上（Ｗ級レーザ）した場合、複数本ワイヤをＮ側電極２２にボンディングする可能性があるため、ウェッジボンディングにて小面積のワイヤ接合を行って対応することができる。
【００２７】
図２に示すように、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２（詳しくはその下面）には、サブマウント２８が接合されている。サブマウント２８は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｕＷなどのセラミックで構成されている。サブマウント２８は、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２の発光時に発生する熱をその外部に放散するための放熱板としての機能と、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２を支持するための支持基板としての機能を兼ねている。
【００２８】
図１に示すように、サブマウント２８は、ヒートブロック３０に取り付けられている。ヒートブロック３０は、例えばＣｕなどの熱伝導性が良好な金属からなる。ヒートブロック３０の一面に、サブマウント２８が半田（図示せず）を介して固定されている。
【００２９】
ヒートブロック３０は、例えばロウ材（図示せず）を介して、ステム３２（詳しくはその上面）に固定されている。ヒートブロック３０は、ステム３２の上面中央部又はその近傍に搭載されている。ヒートブロック３０を介して、ステム３２にサブマウント２８が取り付けられている。あるいは、サブマウント２８とステム３２との間にヒートブロック３０が介在する。ステム３２は、円盤状になっており、例えば直径が５．６ｍｍ程度、厚さが１．０ｍｍ程度のＦｅ合金からなる。
【００３０】
ＧａＮ系半導体レーザチップ１２は、メサストライプ１４の長さに沿った方向の両端面からレーザビームを出射する。そのため、ＧａＮ系半導体レーザチップ１２を支持するサブマウント２８は、そのチップ実装面がステム３２の上面に対して垂直な方向を向くように、ヒートブロック３０に固定されている。
【００３１】
ステム３２のＧａＮ系半導体光素子１０が搭載された面とその反対面を貫通して、第１リード３４及び第２リード３６を含むリードがステム３２に設けられている。第１リード３４及び第２リード３６は、ＧａＮ系半導体光素子１０が搭載された面とは反対側で外部端子となる。
【００３２】
第１リード３４には、ステム３２のＧａＮ系半導体光素子１０が搭載された側から突出する部分（図１参照））に、第１ワイヤ２４の他端がボンディングされている。そのボンディングは、図２の例ではウェッジボンディングが適用されているが、ボールボンディングであってもよい。また、第２リード３６には、ＧａＮ系半導体光素子１０が搭載された側から突出する部分（図１参照）に、第２ワイヤ２６の他端がボンディングされている。そのボンディングは、図２の例ではウェッジボンディングが適用されているが、ボールボンディングであってもよい。
【００３３】
図１に示すように、ステム３２の上面側でＧａＮ系半導体光素子１０をキャップ３８が覆って、ＧａＮ系半導体光素子１０を収容するパッケージ（封止容器）が構成されている。キャップ３８の周縁部にはフランジ部４０が設けられ、フランジ部４０でキャップ３８はステム３２の上面に固定されている。キャップ３８の上面中央部分には、穴４２（例えば丸穴）が形成されており、レーザビームを透過するガラス板４４が穴４２に接合されている。ＧａＮ系半導体レーザチップ１２の端面（図１では上側の端面）から出射されたレーザビーム（前方光）は、キャップ３８の穴４２を通じて外部に出射される。
【００３４】
図４は、変形例に係るＧａＮ系半導体光素子を内蔵する光モジュールを示す一部断面の斜視図である。図５は、変形例に係るＧａＮ系半導体光素子を示す拡大斜視図である。
【００３５】
変形例では、第１ワイヤ１２４及び第２ワイヤ１２６が、それぞれ、Ｐ側電極１２０及びＮ側電極１２２の長手方向に交差する方向に沿って引き出されている。それ以外の内容は、上記実施形態で説明した内容が該当する。この例でも、第１ワイヤ１２４及び第２ワイヤ１２６がそれぞれウェッジボンディングされるので、ワイヤボンディングのための面積を小さくすることができる。
【００３６】
また、本願実施例ではＧａＮ系半導体にて述べたが、ＧａＡｓ系やＩｎＰ系の半導体などと比べると、ＧａＮ系半導体は堅い特徴を持っている。ＧａＡｓ系やＩｎＰ系の半導体では、素子上の電極にウェッジボンディングを行った場合は、結晶へのダメージが入る恐れがある。そのため、ＧａＡｓ系やＩｎＰ系の半導体ではボールボンディングを用いて、素子電極にはボール側を打つことが一般的である。なぜなら、ワイヤボンディングは電極へワイヤを押し付けるが、ボールがある場合は、その押し付ける力を緩和することができ、結晶へのダメージを低減することが出来るからである。しかし、我々はＧａＮ系半導体では、その結晶特性のために、ウェッジボンディングでも結晶へのダメージが入らなく、高信頼性の素子が得られることを発見し、前述した実施例のように片面にＰ，Ｎ電極がある場合であっても、素子幅の狭い素子を実現した。
【００３７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。また、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０  ＧａＮ系半導体光素子、１２  ＧａＮ系半導体レーザチップ、１２ａ  下面、１４  メサストライプ、１６  基板、１８  活性層、２０  Ｐ側電極、２２  Ｎ側電極、２４  第１ワイヤ、２６  第２ワイヤ、２８  サブマウント、３０  ヒートブロック、３２  ステム、３４  第１リード、３６  第２リード、３８  キャップ、４０  フランジ部、４２  穴、４４  ガラス板、１２０  Ｐ側電極、１２２  Ｎ側電極、１２４  第１ワイヤ、１２６  第２ワイヤ。
【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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