(57)【要約】【課題】  サブマウントをヒートシンク上にダイボンディングする際に溶け広がるハンダが、前記ヒートシンクの金ワイヤ接合点を覆ってしまう問題がある。【解決手段】  導電パタンが配設されたサブマウント上にレーザダイオードチップを有し、前記サブマウントが、ステムの一部に設けられたヒートシンク部材上に接合され、前記レーザダイオードチップと前記ヒートシンクとを金属細線により接続し、前記レーザダイオードチップが接地されている半導体レーザ装置において、前記ヒートシンクの前記金属細線との接合面が前記サブマント接合面よりも突出していることを特徴とする。【選択図】図１
2006024848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電パタンが配設されたサブマウント上にレーザダイオードチップを有し、前記サブマウントが、ステムの一部に設けられたヒートシンク部材上に接合され、前記レーザダイオードチップと前記ヒートシンクとを金属細線により接続し、前記レーザダイオードチップが接地されている半導体レーザ装置において、前記ヒートシンクの前記金属細線との接合面が前記サブマント接合面よりも突出していることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項２】
導電パタンが配設されたサブマウント上に１個のレーザダイオードチップを有し、前記サブマウントが、ステムの一部に設けられたヒートシンク部材上に接合され、前記レーザダイオードチップと前記ヒートシンクとを金属細線により接続し、前記レーザダイオードチップが接地されている半導体レーザ装置において、前記サブマウントの中心線が前記ヒートシンクの中心線からオフセットしていることを特徴とする、半導体レーザ装置。
【請求項３】
レーザダイオードチップを前記サブマウントの中心線外に配したことを特徴とする、請求項２記載の半導体レーザ装置。
【請求項４】
前記レーザダイオードチップの中心線を前記ステムのフランジ外径の中心線上に配したことを特徴とする、請求項２または３記載の半導体レーザ装置。
【請求項５】
前記金属細線がワイヤボンディングにより接合され、前記サブマウントがダイボンディングにより接合されていることを特徴とする、請求項１乃至４の何れかに記載の半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組立の容易な半導体レーザ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ装置の中で、半導体レーザ装置はガスレーザ装置に比べ、一般的に出力の割りに小型・軽量で低価格であること、また、レーザダイオード自体をスイッチング動作させることが可能であるため長寿命であることなどの利点があり、レーザポインタ等の文房具や、レーザビームプリンタに代表される情報機器など、広い用途で実用に供されている。
【０００３】
従来の半導体レーザ装置を図２に示す。図２に示す半導体レーザ装置は、複数の端子１を有するフランジ２と、前記フランジ２から突出し、該フランジ２に接合されているヒートシンク３から成るステム４を有する。前記ヒートシンク３上には、図示しない導電パタンが配設されたサブマウント５を介して、レーザダイオードチップ６が配されている。また、前記フランジ３には、前記レーザダイオードチップ６の出力光強度をモニタするためのフォトダイオード７が接合されている。
【０００４】
前記サブマウント５表面の前記レーザダイオードチップ６取付位置には、予め薄層の蒸着ハンダが形成されており、前記半導体レーザ装置の組立時に、前記蒸着ハンダの上に前記レーザダイオードチップ６を押し当て、数百ミリＮ程度の荷重と前記蒸着ハンダが溶融するために充分な熱を印加するダイボンディング接合が行われる。
【０００５】
さらに、前記ヒートシンク３上に厚さ数十ミクロン程度のハンダ箔を置き、前記ハンダ箔の上から、前記レーザダイオードチップ６を予め接合した前記サブマウント５を押し当て、数百ミリＮ程度の荷重と、前記ハンダ箔が溶融するに充分な熱を印加する。前記ハンダ箔の面積は通常前記サブマウント５に対して小さいが、熱と荷重を与えることにより溶け広がり、前記サブマウント５の下面全面が、ハンダによりダイボンディング接合される。
【０００６】
同様に前記フォトダイオード７も、前記フランジ２上に厚さ数十ミクロン程度のハンダ箔を置き、前記ハンダ箔の上から、前記フォトダイオード７を押し当て、数百ミリＮ程度の荷重と、前記ハンダ箔が溶融するに充分な熱を印加し、ダイボンディング接合される。
【０００７】
前記サブマウント５に配設された図示しない導電パタンには金メッキが施され、線径数十ミクロン程度の図示しない金ワイヤをワイヤボンディングし、前記フランジ２に設けられた各端子１とを接続し、配線作業が行われる。同様に、前記フォトダイオード７と前記フランジ２に設けられた端子１間も、図２には図示していない金ワイヤをワイヤボンディングすることにより接続され、配線作業が行われる。
【０００８】
前記レーザダイオードチップ６の裏面６Ａは前記レーザダイオードチップ６の接地極であり、前記レーザダイオードチップ６内に複数本の光ビーム発生部を有する場合は、共通の接地極として機能する。このため、前記レーザダイオードチップ６の裏面６Ａには金メッキが施され、線径数十ミクロン程度の金ワイヤ８をワイヤボンディングして、前記ヒートシンク３との間を接続し、前記レーザダイオードチップ６の裏面６Ａと前記ヒートシンク３間を短絡させている。
【０００９】
前記ステム４内において、前記ヒートシンク３、前記フランジ２の表面には金メッキが施され、導電性が確保されている。また前記フランジ２に取り付けられた複数の端子１の内の１本は、前記フランジ２に直接溶接されており、該端子は接地端子として機能する。
【００１０】
尚、前記フランジ２に取り付けられた複数の端子１のうち、前記接地端子を除く全ての端子は、ハーメチックシールにより前記フランジ２に取り付けられている。このため、前記フランジ２からは電気的に絶縁が確保されている。
【００１１】
前記フランジ２には前記ヒートシンク３、前記サブマウント５、前記レーザダイオードチップ６、前記フォトダイオード７、前記金ワイヤを覆う様に、図示しないキャップが溶接されている。前記キャップには、レーザ出力光を透過させる窓ガラスがハーメチックシールされて取り付けられている。このため前記キャップは線膨張係数がガラスに近似するコバールを用いて作られることが多い。尚、前記キャップを溶接する際に、乾燥した不活性ガスが封入され、内部の酸化や結露を防いでいる。
【００１２】
以上の構成を成す半導体レーザ装置であるが、以下のような問題点がある。
【００１３】
前記レーザダイオードチップ６を予め接合した前記サブマウント５を前記ヒートシンク３にダイボンディング接合を行う際、ハンダが前記ヒートシンク３上を前記サブマウント５よりも外側にも溶け広がることがある。前記レーザダイオードチップ６の裏面６Ａと前記ヒートシンク３は前記金ワイヤ８をワイヤボンディングして接続されるが、前記ヒートシンク３上を溶け広がった前記ハンダが覆っている場合、金ワイヤの接合強度が低下するのみならず、キャピラリと呼ばれるワイヤボンディングツールの先端にハンダ詰まりが発生し、ワイヤボンディングを行うことが困難となるという問題があった。
【００１４】
この改善策として、図３に示すように、ヒートシンク３の中央に溝３Ａを設けてみたが、実験では溶融したハンダの大半が溝から下に落下し、前記サブマウント５下面の一部だけが接合され、接合強度が不足するという結果となった。さらに、前記サブマウント５と前記ヒートシンク３との接合面積が少なくなることで、レーザダイオードチップ６から前記サブマウント５を介して前記ヒートシンク３への熱の伝導が悪化し、前記ヒートシンク３Ａを用いた半導体レーザ装置ではドループ特性の悪化が見られた。
【００１５】
さらに別の改善策として、図４に示すように、ヒートシンク３上のワイヤボンディング点を含む領域にポリイミドテープ９を貼付し、ダイボンディング時に溶け広がるハンダをせき止める方法を試みた。ポリイミドテープ９を用いた理由は耐熱性に優れることにある。しかしながら、前記ポリイミドテープ９を前記ヒートシンク３上に密着させて貼付する作業が困難であり、前記ヒートシンク３表面の面粗さに拠っては、前記ポリイミドテープ９と前記ヒートシンク３間に隙間が生じ、溶け広がったハンダが前記ポリイミドテープ９下へ侵入してしまい、有効な改善策とはならなかった。
【００１６】
【特許文献１】特開２００１−２７４４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
解決しようとする問題点は、前記ヒートシンク上にワイヤボンディングを行う際に障害となる、前記サブマウントを前記ヒートシンク上にダイボンディングする際に溶け広がるハンダが、前記ヒートシンクの金ワイヤ接合点を覆ってしまうことである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明では、二通りの手段を用いてかかる課題を解決した。
【００１９】
第一の手段は、前記ヒートシンクにおいて、ワイヤボンディングにより配線される金ワイヤの接合面が、前記サブマウントの接合面よりも突出していることを最も主要な特徴とする。
【００２０】
第二の手段は、前記レーザダイオードチップを前記サブマウントの中心線外に配し、さらに、前記サブマウントも前記ヒートシンクの中心線外に配することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の半導体レーザ装置は、ヒートシンク上にサブマウントをダイボンディングする際に溶け広がるハンダが、前記ヒートシンク上にワイヤボンディングを行う際の金ワイヤ接合点を覆ってしまうことがない。このため、該半導体レーザ装置を組立てる際、前記レーザダイオードチップの裏面と前記ヒートシンク間の金ワイヤによる配線のためのワイヤボンディングを確実に行うことが出来、該半導体レーザ装置を組立てる作業の歩留りと信頼性が向上し、ひいては該半導体レーザ装置の製造原価を低減できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
ヒートシンク上にサブマウントをダイボンディングする際に溶け広がるハンダが、前記ヒートシンク上にワイヤボンディングを行う際の金ワイヤ接合点を覆ってしまうことがないという目的を、部品点数を増加させずに実現した。
【実施例１】
【００２３】
図１に本発明による半導体レーザ装置の実施例を示す。符号１〜８は図２と同様の部材を示す。本実施例では、ヒートシンク３において、ワイヤボンディングを行う金ワイヤ８の接合面３Ｂが、前記サブマウント５の接合面３Ｃよりも突出していることを特徴とする。
【００２４】
前記ヒートシンク３の前記サブマウント５の接合面３Ｃ上に厚さ数十ミクロン程度のハンダ箔を置き、前記ハンダ箔の上から前記レーザダイオードチップ６を予め接合した前記サブマウント５を押し当て、数百ミリＮ程度の荷重と前記ハンダ箔が溶融するに充分な熱を印加し、前記レーザダイオードチップ６を予め接合した前記サブマウント５を、前記ヒートシンク３にダイボンディング接合を行う際、溶けたハンダは前記ヒートシンク３のうち前記サブマウント５の接合面３Ｃ上を溶け広がるが、前記金ワイヤ８の接合面３Ｂは前記接合面３Ｃよりも突出しているため、前記接合面３Ｂは溶け広がったハンダに覆われることがない。
【００２５】
このため、該半導体レーザ装置を組立てる際、前記レーザダイオードチップ６の裏面６Ａと前記ヒートシンク３間の金ワイヤ８による配線のためのワイヤボンディングを確実に行うことが出来る。よって、該半導体レーザ装置を組立てる作業の歩留りと信頼性が向上し、ひいては該半導体レーザ装置の製造原価が低減できるという利点がある。
【実施例２】
【００２６】
図５に本発明による半導体レーザ装置の他の実施例を示す。符号１〜８は図２と同様の部材を示す。本実施例では、前記ヒートシンク３の右端部３Ｄに前記サブマウント５の右端部５Ａが重なるように接合している。また、前記レーザダイオードチップ６の左端部６Ｂと前記サブマウント５の左端部５Ｂとが重なるように接合してことを特徴とする。
【００２７】
前記ヒートシンク３上に厚さ数十ミクロン程度のハンダ箔を置き、前記ハンダ箔の上から、前記レーザダイオードチップ６を予め接合した前記サブマウント５を押し当て、数百ミリＮ程度の荷重と、前記ハンダ箔が溶融するに充分な熱を印加し、前記レーザダイオードチップ６を予め接合した前記サブマウント５を、前記ヒートシンク３にダイボンディング接合を行う際溶けたハンダは、前記ヒートシンク３上を溶け広がるが、前記ヒートシンク３上において前記サブマウント５は前記ヒートシンク３の右端部３Ｄに寄せて配してあるため、前記ヒートシンク３上の前記サブマウント５より左側の領域３Ｅは図２に示す従来の半導体レーザ装置に比べ面積が広く、溶け広がったハンダが前記領域３Ｅを覆ってしまうことがない。
【００２８】
このため、前記領域３Ｅをワイヤボンディングを行うための金ワイヤ８の接合点とすることにより該半導体レーザ装置を組立てる際、前記レーザダイオードチップ６の裏面６Ａと前記ヒートシンク３間の金ワイヤ８による配線のためのワイヤボンディングを確実に行うことが出来る。よって、該半導体レーザ装置を組立てる作業の歩留りと信頼性が向上し、ひいては該半導体レーザ装置の製造原価が低減できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明による半導体レーザ装置の実施例を示す斜視図である。（実施例１）
【図２】従来の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図３】中央に溝を設けたヒートシンクを示す斜視図である。
【図４】ヒートシンク上にポリイミドテープを貼付する方法を示す斜視図である。
【図５】本発明による半導体レーザ装置の実施例を示す斜視図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００３０】
１    端子
２    フランジ
３    ヒートシンク
３Ａ  溝
３Ｂ  金ワイヤの接合面
３Ｃ  サブマウントの接合面
３Ｄ  ヒートシンクの右端部
３Ｅ  ヒートシンク上のサブマウントより左側の領域
４    ステム
５    サブマウント
５Ｂ  サブマウントの左端部
６    レーザダイオードチップ
６Ａ  レーザダイオードチップの裏面
６Ｂ  レーザダイオードチップの左端部
７    フォトダイオード
８    金ワイヤ
９    ポリイミドテープ
【図１】
2006024848.tif 000003
【図２】
2006024848.tif 000004
【図３】
2006024848.tif 000005
【図４】
2006024848.tif 000006
【図５】
2006024848.tif 000007