(57)【要約】【課題】  １つの単体ＬＤが短絡不良を起こしても同一アレイ内の他のＬＤは発振することができ、定電流駆動している場合には、短絡発生までに不良ＬＤに流れていた電流を自動的に他のＬＤに分散して流し、他のＬＤに流れる電流を増大させて短絡ＬＤからの光出力が無くなる分を補償することが可能なＬＤアレイを提供する。【解決手段】  それぞれに１個または複数個のレーザダイオード３Ａ〜３Ｇを含む１個または複数個の半導体チップ３１Ａ〜３１Ｄ、上記１個または複数個の半導体チップを装着するサブマウント２またはヒートシンク、上記半導体チップに動作電流を供給するボンディングワイヤ７を備え、上記ボンディングワイヤは上記レーザダイオードの動作電流以上の所定の過電流が流れた時に溶断するような材料、径及び形状とされたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに１個または複数個のレーザダイオードを含む１個または複数個の半導体チップ、上記１個または複数個の半導体チップを装着するサブマウントまたはヒートシンク、上記半導体チップに動作電流を供給するボンディングワイヤを備え、上記ボンディングワイヤは上記レーザダイオードの動作電流以上の所定の過電流が流れた時に溶断するような材料、径及び形状とされたことを特徴とする光半導体モジュール。
【請求項２】
上記半導体チップは、上記レーザダイオードのｐｎ接合面側が上記サブマウントまたはヒートシンクに接するようにジャンクションサイドダウンで実装されたことを特徴とする請求項１記載の光半導体モジュール。
【請求項３】
上記サブマウントまたはヒートシンクが導電性を有し、半導体チップの基板側に上記ボンディングワイヤが接続されたことを特徴とする請求項２記載の光半導体モジュール。
【請求項４】
上記サブマウントまたはヒートシンクが絶縁性を有し、上記レーザダイオードのｐｎ接合面側の電極がそれぞれ各レーザダイオード毎に独立し、上記電極にそれぞれ接続され上記絶縁性サブマウントまたはヒートシンク上に各レーザダイオード毎に形成された複数個のメタライズを備え、上記メタライズに上記ボンディングワイヤが接続されたことを特徴とする請求項１記載の光半導体モジュール。
【請求項５】
上記半導体チップは、上記レーザダイオードのｐｎ接合面側の電極がレーザダイオード毎に独立しており、ｐｎ接合面の裏側が上記サブマウントまたはヒートシンクに接するようにジャンクションサイドアップで実装され、上記半導体チップの電極に上記ボンディングワイヤが接続されたことを特徴とする請求項１記載の光半導体モジュール。
【請求項６】
上記サブマウントまたはヒートシンクに装着され、上記半導体チップとは電気的に分離された導電部を備え、上記ボンディングワイヤが上記導電部に接続されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項７】
上記半導体チップは、単体レーザダイオードであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【請求項８】
上記半導体チップは、レーザダイオードバーであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は光半導体モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光半導体モジュールで大きな光出力を得る方法として、サブマウント上に複数のレーザダイオード（以下ＬＤという）を並設したり、１個の半導体チップに単体のＬＤを複数個含めたり、複数個のＬＤによって周知のＬＤバーを構成するようにしていた。（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２３２０６１号公報（段落００３０、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の高出力ＬＤアレイは通常、各単体ＬＤが電気的に並列に接続された状態で構成されている。特に良く用いられるＬＤバーの場合には、基板は各ＬＤ共通の端子とならざるを得ないため、全ＬＤが並列接続状態となっている。そのため、１つの単体ＬＤが短絡不良を起こすとアレイ全体に供給される電流がその不良ＬＤに集中し、他のＬＤには電流が供給されなくなる結果、他のＬＤは良好に動作する能力があるにもかかわらず結果としてアレイ全体の発振が停止してしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、１つの単体ＬＤが短絡不良を起こしても、同一アレイ内の他のＬＤは発振を継続することができる機能を、特別にＬＤの外部にヒューズを用いることなく得ることができ、また、定電流駆動をしている場合には、短絡発生までに不良ＬＤに流れていた電流を自動的に他のＬＤに分散して流し、他のＬＤに流れる電流を増大させることによって短絡ＬＤからの光出力が無くなってしまう分を補償することが可能なＬＤアレイ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】
【０００６】
この発明に係る光半導体モジュールは、サブマウントまたはヒートシンク上に装着され、それぞれに１個または複数個のレーザダイオードを含む１個または複数個の半導体チップ、及び上記レーザダイオードに動作電流を供給するボンディングワイヤを備え、上記ボンディングワイヤは上記レーザダイオードの動作電流以上の所定の過電流が流れた時に溶断するような材料、径及び形状とされたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係るＬＤアレイは上記のように構成されているため、高出力ＬＤアレイを用いるシステム全体がアレイ内の1つのＬＤの短絡不良では停止しないように設計することが非常に容易となる他、短絡不良を起こしたＬＤに過電流が流れた時、そのＬＤを含む半導体チップの損傷を避けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の概略構成を示す斜視図である。
この図に示すように、実施の形態１のＬＤアレイ１は、導電性のCuWからなるサブマウント２上に複数個の単体のＬＤ３Ａ〜３Ｇを装着すると共に、単体の各ＬＤから離隔した位置に絶縁板５を介して導電部となる金属板６を装着し、各ＬＤ３Ａ〜３Ｇと金属板６とをボンディングワイヤ７によって接続することにより構成され、金属板６とサブマウント２との間にはＬＤアレイ１の駆動回路８が接続されている。
【０００９】
なお、各ＬＤ３Ａ〜３Ｇは、それぞれのｐｎ接合面側（図示せず）がサブマウント２側になるようにジャンクションサイドダウンで実装されている。
ボンディングワイヤ７は例えば金材料（Au）からなる直径２５μｍのワイヤを７本束ねて構成されたものであり、駆動回路８から金属板６を介して各ＬＤに供給される通常の動作電流１Ａに対して５Ａ〜６Ａ（動作電流に対して500〜600％）の過電流が流れた時に溶断し、ＬＤを電気的に開放するようにボンディングワイヤ７の材料・直径・本数が選定されている。すなわち、Auからなるボンディングワイヤを用いる場合、ＬＤに５Ａ〜６Ａの過電流が流れた時にワイヤを流れる電流密度が1.46×105A/cm2〜1.75×105A/cm2となるようにワイヤ直径、ワイヤ本数を選定すれば良い。たとえば、ワイヤ直径が20μｍの場合は１１本束ねてボンディングワイヤを構成すればよく、ワイヤ直径が30μｍの場合は５本束ねてボンディングワイヤを構成すればよい。また、ここでは通常動作電流が１ＡのＬＤについて説明したが、通常動作電流が0.8ＡのＬＤの場合は、４Ａ〜4.8Ａ（動作電流に対して500〜600％）の過電流が流れた時に溶断してＬＤを電気的に開放するようにボンディングワイヤの材料・直径・本数を選定すればよい。なお、ここでは最良の実施形態について説明したが、ボンディングワイヤのワイヤ直径及び本数の下限値は、ＬＤの通常動作電流で溶断しない値に安全係数を乗じたものでよく、ボンディングワイヤのワイヤ直径及び本数の上限値は、ＬＤが完全破壊に至る電流値（この実施の形態では10Ａ）あるいは「ＬＤアレイ１に搭載されるＬＤの個数」×「ＬＤの通常動作電流値」のうちのいずれか小さい方の電流値で溶断する値とすればよい。また、４A〜４Gは各ＬＤの発光領域を示す。
【００１０】
図２は、ＬＤアレイ１の回路図を示すものである。ただし、ＬＤは３A〜３Eのみを示している。このＬＤアレイ１を駆動中に１つの単体ＬＤ、例えば３Aが短絡不良を起こすと、ＬＤ３Ａの両端の電位差が著しく小さくなる。その結果、ＬＤ３Ａに対してより大きな電流、例えば１[Ａ]の動作電流に対して５[Ａ]〜６[Ａ]の過電流が流れることになり、この過電流によってボンディングワイヤ７が溶断するため、短絡不良を起こしたＬＤ３Ａは自動的に回路から切り離されることになる。
【００１１】
ＬＤアレイ１が定電流駆動をしていた場合には、不良ＬＤ３Ａに流れていた電流は他のＬＤ３Ｂ〜３Ｅに分散して流れるため、アレイ全体としての発振は継続させることができる。また、不良ＬＤ３Ａの発振が停止し、ＬＤ３Ａからの光出力は０となるが、他のＬＤ３Ｂ〜３Ｅに分散して流れる電流によって他のＬＤ３Ｂ〜３Ｅの光出力が少しずつ増加して、不良ＬＤ３Ａによる発振停止分を補償する。この定電流駆動時に光出力が自動的に補償される機能は以下に述べる他の実施の形態においても同様である。
【００１２】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２の概略構成を示す斜視図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１３】
図３において、３１Ａ〜３１Ｄは複数個の単体ＬＤを含む半導体チップであり、各ＬＤのｐｎ接合面側（図示せず）が導電性のサブマウント２側となるようにジャンクションサイドダウンで実装されている。４１Ａ〜４１Ｈは各半導体チップに含まれる複数個のＬＤの発光領域を示している。
【００１４】
図４は、図３のＬＤアレイ１の回路図を示したものである。ただし、半導体チップは３１Ａ〜３１Ｃのみを示している。また、５１Ａ〜５１Ｃは各半導体チップ３１Ａ〜３１Ｃの基板部分を示している。同一の半導体チップに含まれる複数個の単体ＬＤはそれぞれの基板が共通であるため、図４のような回路図となる。
【００１５】
１つの半導体チップ、例えば３１Ａに含まれる複数個のＬＤのうち、いずれかのＬＤが短絡不良を起こせば、半導体チップ３１Ａに接続されているボンディングワイヤ７が溶断するため、半導体チップ３１Ａが回路から切り離されて、半導体チップ３１Ａへの電流の供給は自動的に停止するが、他の半導体チップ３１Ｂ、３１Ｃは発振を継続することができる。
【００１６】
実施の形態１に比べて１つの半導体チップで短絡不良が起きた時に、その半導体チップと共に回路から切り離されるＬＤの数は多くなるが、ＬＤアレイ１の製造時に実装する半導体チップの数を少なくできる効果がある。
【００１７】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態３の概略構成を示す斜視図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１８】
図５において、３２はウェハーから複数個のＬＤを一体的に切り出したＬＤバーで、各ＬＤのｐｎ接合面（図示せず）の裏側が共通電極として導電性のサブマウント２側となるようにジャンクションサイドアップで実装され、各ＬＤの電極３２Ａ〜３２Ｋが独立した電極として図示のように、ＬＤバー３２の上面に配設され、各電極３２Ａ〜３２Ｋと金属板６とがボンディングワイヤ７で接続されている。４２Ａ〜４２Ｋは各ＬＤ３２Ａ〜３２Ｋの発光領域を示すものである。
【００１９】
図６は、図５のＬＤアレイ１の回路図を示したものであり、３６は複数個のＬＤの共通電極となるＬＤバー３２の基板部分である。
この場合、ＬＤバー３２のいずれかのＬＤが短絡不良を起こすと、短絡不良ＬＤに電流が集中するが、そのＬＤ１つのみのボンディングワイヤ７が溶断して回路から切り離される結果、ＬＤバー３２の残りのＬＤは発振を継続することができる。
この実施の形態では、ダイボンドしなければならないＬＤバーの数が１つですむ利点がある。
【００２０】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図７は、実施の形態４の概略構成を示す斜視図である。実施の形態３の図５がＬＤバー３２を含むＬＤアレイ１を前端面側から見た状態を示しているのに対し、図７はＬＤアレイ１の後端面側から見た状態を示している。
【００２１】
図７において、ＬＤアレイ１は絶縁性のAlNからなるサブマウント２０上に上述したＬＤバー３２を装着すると共に、ＬＤバー３２から離隔した位置に導電部となる金属板６が装着され、さらにＬＤバー３２は、各ＬＤのｐｎ接合面側（図示せず）がサブマウント２０に接するようにジャンクションサイドダウンで実装され、各ＬＤのｐｎ接合面側の電極、即ち発光点側の電極に一端がそれぞれ接続され、パターニングされた複数個のメタライズ３３Ａ〜３３Ｋが金属板６側に延在するようにサブマウント２０上に装着され、各メタライズと金属板６とを実施の形態１と同様に形成されたボンディングワイヤ７で接続している。
【００２２】
３４はＬＤバー３２の後端面を示すものであり、３５Ａ〜３５ＫはＬＤバー３２内の複数のＬＤの発光領域を示すものである。また、８はＬＤアレイ１の駆動回路である。
【００２３】
図８は、図７のＬＤアレイ１の回路図を示したものであり、３６は複数個のＬＤの共通電極となるＬＤバー３２の基板部分である。
ＬＤバー３２内のいずれかのＬＤが短絡不良を起こした場合には、ボンディングワイヤ７が溶断し、不良ＬＤを回路から開放するため上述した各実施の形態と同様の作用効果を奏する。
【００２４】
また、この実施の形態においては、ＬＤバー３２がジャンクションサイドダウンでサブマウント２０に実装されているため、良好な放熱性を有し、かつダイボンドするＬＤバーの数は１つのみであるという利点がある。また、この実施の形態においても短絡不良ＬＤは、その１つのＬＤのみが自動的に回路から切り離され、ＬＤアレイ全体の発振は継続することができる。
【００２５】
なお、上述した各実施の形態ではサブマウントの構成材料としてCuW、AlNを使用したものを示したが、これに限られるものではなく、SiC、Si等の材料を用いても同様の効果を期待することができる。
また、サブマウントについても、ヒートシンクをサブマウントの代わりに使用し、ヒートシンクにＬＤ等をダイボンドする構成としてもよい。さらに、ボンディングワイヤの材料としてAuを用いた例を示したが、これに限られるものではなく、金合金、アルミニウム（Al）、アルミニウム合金、銅（Cu）あるいは銅合金など他の材料を用いても同様の効果を期待することができる。例えばAlを用いた場合、ＬＤの動作電流１Ａに対して５Ａ〜６Ａ（動作電流に対して500〜600％）の過電流が流れた時に溶断するボンディングワイヤの直径・本数は、ワイヤ直径が25μｍの場合は10本、ワイヤ直径が20μｍの場合は16本、ワイヤ直径が30μｍの場合は７本が適正であった。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１の概略構成を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１におけるＬＤアレイの回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２の概略構成を示す斜視図である。
【図４】実施の形態２におけるＬＤアレイの回路図である。
【図５】この発明の実施の形態３の概略構成を示す斜視図である。
【図６】実施の形態３におけるＬＤアレイの回路図である。
【図７】この発明の実施の形態４の概略構成を示す斜視図である。
【図８】実施の形態４におけるＬＤアレイの回路図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  ＬＤアレイ、  ２  導電性サブマウント、  ３Ａ〜３Ｇ  単体のＬＤ、
４Ａ〜４Ｇ  発光領域、  ５  絶縁板、  ６  金属板、  ７  ボンディングワイヤ、
８  駆動回路、  ２０  絶縁性サブマウント、  ３１Ａ〜３１Ｄ  半導体チップ、
３２  ＬＤバー、  ３２Ａ〜３２Ｋ  電極、  ３３Ａ〜３３Ｋ  メタライズ、
３４  ＬＤバーの後端面、  ３５Ａ〜３５Ｋ  発光領域、  ３６  基板部分、
４１Ａ〜４１Ｈ  発光領域、４２Ａ〜４２Ｋ  発光領域、  ５１Ａ〜５１Ｃ  基板部分。
【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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