(57)【要約】【課題】良好な放熱効果を有する半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子１０１はサブマウント１２０上面上に形成された第２第２電極パッド１２１と接合し、半導体レーザ素子１０１の上面に形成された上面電極にボンディングされる第１ワイヤ１１１と第２第２電極パッド１２１上面にボンディングされる第２ワイヤ１２２とが半導体レーザ素子１０１のレーザ光出射面近傍に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、前記活性層の上面上に配置された第１半導体層と、前記第１半導体層の上面上に形成された上面電極と、前記上面電極にボンディングされる第１ワイヤと、
前記活性層の下面上に配置された第２半導体層と、前記第２半導体層の下面上に形成された下面電極と、で構成される半導体レーザ素子と、サブマウントと、を有し、
前記サブマウント上面上に形成された第２電極パッドと前記下面電極とが接合し、
前記第２電極パッド上面に第２ワイヤがボンディングされ、
前記第１ワイヤ及び前記第２ワイヤのボンディング位置が前記半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子が異なる波長のレーザ光を出射する２波長型半導体レーザ素子であり、
前記下面電極は互いに絶縁する第２電極と第３電極とで構成され、
前記第２電極パッドと絶縁する第３電極パッドが前記サブマウント上面上に形成され、
前記第２電極と前記第２電極パッドとが接合し、
前記第３電極と前記第３電極パッドとが接合し、
前記第３電極パッド上面に第３ワイヤがボンディングされ、
前記第３ワイヤのボンディング位置が前記半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】
前記サブマウント上面上に前記第２電極パッド及び前記第３電極パッドの両方に絶縁する第４電極パッドが形成され、
前記第４電極パッド上面上に１波長型半導体レーザ素子がボンディングされ、
前記第４電極パッド上面に第４ワイヤがボンディングされ、
前記第４ワイヤのボンディング位置が前記1波長型半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする請求項２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】
この発明は、半導体レーザ装置に関し、特に、良好な放熱効果を有する半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の半導体レーザ装置の断面図である。従来の半導体レーザ装置４３０は、半導体レーザ素子４０１をサブマウント４２０に接合して構成される。ここで、半導体レーザ素子４０１は、基板４１０と、活性層４０２と、活性層４０２の上面上に形成された第１半導体層４０５と、活性層４０２の下面上に形成された第２半導体層４０７と、で構成され、基板４１０の上面上には上面電極４０６が形成され、第２半導体層４０７の下面上には下面電極４０８が形成されている。そして、上面電極４０６上面には第１ワイヤ４１１がボンディングされ、下面電極４０８の下面はサブマウント４２０上に形成された電極パッド４２１と接合している。また、半導体レーザ素子４０１は対向する共振器端面として前端面４０３及び後端面４０４を有し、前端面４０３の反射率は後端面４０４の反射率より低く、前端面４０３及び後端面４０４がミラーの役目を果たし共振器として機能する。この構成により、上面電極４０６及び下面電極４０８との間に電圧を印加すると、活性層４０２を進む光が増進し、反射率の低い前端面４０３からレーザ光が出射する。
【０００３】
このような構成の半導体レーザ装置４３０において、従来、半導体レーザ素子４０１の動作時に前端面４０３と後端面４０４との間で光密度が不均一になることが問題となっており、この問題を解決するために特許文献1では、上面電極４０６に接続される第１ワイヤ４１１のボンディング位置を、前端面４０３と後端面４０４との中間より前端面４０３側に設けた半導体レーザ素子４０１が提案されている。
【０００４】
また、半導体レーザ素子４０１の動作時のその他の問題点として、レーザ光が出射する前端面４０３近傍が共振器方向における発熱が最も大きく、前端面４０３近傍の温度上昇に起因して半導体レーザ素子４０１の発光特性が低下することが問題となっていた。しかし、特許文献１では、半導体レーザ素子４０１の放熱特性について検討されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２３２６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、このような課題を解決すべく、半導体レーザ素子の共振器方向における光密度を均一に保ちながら、レーザ光が出射するレーザ光出射面近傍で発生する熱を効率よく放出する良好な放熱特性を備えた半導体レーザ装置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】
上記目的を達成するために、本発明の第１の構成による半導体レーザ装置は、活性層と、活性層の上面上に配置された第１半導体層と、第１半導体層の上面上に形成された上面電極と、上面電極にボンディングされる第１ワイヤと、活性層の下面上に配置された第２半導体層と、第２半導体層の下面上に形成された下面電極と、で構成される半導体レーザ素子と、サブマウントと、を有し、サブマウント上面上に形成された第２電極パッドと下面電極とが接合し、第２電極パッド上面に第２ワイヤがボンディングされ、第１ワイヤ及び第２ワイヤのボンディング位置が半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
この構成による半導体レーザ装置は、レーザ光が出射するレーザ光出射面近傍は共振器における発熱が最も大きくなるが、第１ワイヤと第２ワイヤのボンディング位置をレーザ光出射面近傍において接近させることにより、第１ワイヤと第２ワイヤとから併せて熱を放出することができる。これにより、動作時の半導体レーザ素子の温度上昇を抑制し、発光特性の低下を防ぐことができる。また、光密度の分布は、レーザ光出射面近傍で最大となりキャリア密度が最も低くなるが、上面電極又は下面電極のどちらがｎ側電極となった場合でも第１ワイヤ又は第２ワイヤから、電子を注入することができる。これにより、キャリア密度が不足する領域に高い電流密度を供給し、共振器方向におけるキャリア密度を均一化することができる。
【０００９】
また、本発明は上記構成による半導体レーザ装置であって、半導体レーザ素子が異なる波長のレーザ光を出射する２波長型半導体レーザ素子であり、下面電極は互いに絶縁する第２電極と第３電極とで構成され、第２電極パッドと絶縁する第３電極パッドがサブマウント上面上に形成され、第２電極と第２電極パッドとが接合し、第３電極と第３電極パッドとが接合し、第３電極パッド上面に第３ワイヤがボンディングされ、第３ワイヤのボンディング位置が半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
この構成による半導体レーザ装置は、動作時に２波長型半導体レーザ素子が発熱するが、レーザ光出射面近傍において、第１ワイヤと第２ワイヤ又は第１ワイヤと第３ワイヤとから併せて熱を放出することができる。これにより、動作時の２波長型半導体レーザ素子の発光特性の低下を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明は上記構成による半導体レーザ装置であって、サブマウント上面上に第２電極パッド及び第３電極パッドの両方に絶縁する第４電極パッドが形成され、第４電極パッド上面上に１波長型半導体レーザ素子がボンディングされ、第４電極パッド上面に第４ワイヤがボンディングされ、第４ワイヤのボンディング位置が1波長型半導体レーザ素子のレーザ光出射面近傍に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この構成による半導体レーザ装置は、１波長型半導体レーザ素子と２波長型半導体レーザ素子を組み合わせて３波長型半導体レーザ装置を提供することができる。また、１波長型半導体レーザ素子においてレーザ光が出射するレーザ光出射面近傍で発生する熱を第４ワイヤを介して効率よく放熱することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明によれば、半導体レーザ素子の動作時にレーザ光が出射するレーザ光出射面近傍の温度上昇を抑制し、良好な放熱効果を有する半導体レーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図
【図２】図１に示した本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置のＡ−Ａ’に沿った断面図
【図３】本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図
【図４】図３に示した本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のＢ−Ｂ’に沿った断面図
【図５】本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図
【図６】一般的な半導体レーザ装置の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る半導体レーザ装置について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図であり、図２は、図１に示した本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置のＡ−Ａ’に沿った断面図である。図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置１３０の構造について説明する。
【００１７】
図１、図２に示すように、半導体レーザ装置１３０は半導体レーザ素子１０１とサブマウント１２０とから構成され、半導体レーザ素子１０１は、基板１１０と、活性層１０２と、活性層１０２の上面上に形成された第１半導体層１０５と、活性層１０２の下面上に形成された第２半導体層１０７と、で構成され、基板１１０の上面上には上面電極１０６が形成され、第２半導体層１０７の下面上には下面電極１０８が形成され、対向する共振器端面として前端面１０３及び後端面１０４を有する。また、上面電極１０６上面には第１ワイヤ１１１がボンディングされ、下面電極１０８の下面はサブマウント１２０上に形成された第２電極パッド１２１と接合している。また、第２電極パッド１２１には第２ワイヤ１２２がボンディングされ、第１ワイヤ１１１及び第２ワイヤ１２２のボンディング位置は前端面１０３近傍に設けられている。なお、第１ワイヤ１１１と第２ワイヤ１２２とは、Ａｕ、Ａｌなどの金属細線から構成され、上面電極１０６及び下面電極１０８はどちらか一方をｎ側電極とし、他方をｐ側電極とすることができる。また、前端面１０３は低反射率の反射膜で覆われたレーザ光の出射面であり、後端面１０４は高反射率の反射膜で形成された共振器端面である。なお、前端面１０３は、本発明の「レーザ光出射面」の一例である。
【００１８】
上記構成により、第１ワイヤ１１１と第２ワイヤ１２２との間に電圧を印加すると、半導体レーザ素子１０１の前端面１０３からレーザ光が出射し、前端面１０３近傍は共振器方向における発熱が最も大きくなる。このとき、前端面１０３近傍に設けられた第２ワイヤ１２２から熱を効率よく放出することができる。また、第１ワイヤ１１１と第２ワイヤ１２２とは前端面１０３近傍において、接近して設けられており、第１ワイヤ１１１と第２ワイヤ１２２から併せて熱を放出することができる。これにより、前端面１０３近傍の熱が第１ワイヤ１１１及び第２ワイヤ１２２を介して効率よく放熱され、前端面１０３近傍の発熱を抑え、半導体レーザ素子１０１の発光特性の低下を抑制することができる。なお、本実施形態は第１ワイヤ１１１及び第２ワイヤ１２２の両方が前端面１０３近傍に設けられているが、本発明はこの場合に限定されず、第１ワイヤ１１１及び第２ワイヤ１２２を共振器方向において略同一位置にボンディングすることにより、第１ワイヤ１１１及び第２ワイヤ１２２から半導体レーザ素子１０１の熱を効率的に放出することができる。
【００１９】
また、活性層１０２内における前端面１０３及び後端面１０４間の光密度の分布は、光を出射する前端面１０３近傍で最大となり、前端面１０３及び後端面１０４間のキャリア分布は端面１０３近傍で最も低いキャリア密度を示すが、本実施形態における半導体レーザ素子１０１によれば、前端面１０３近傍に第１ワイヤ１１１及び第２ワイヤ１２２がボンディングされており、上面電極１０６又は下面電極１０８のどちらがｎ側電極となった場合でも前端面１０３近傍から電子を注入することができる。これにより、供給する電流の電流密度を前端面１０３近傍で最大とし、キャリア密度が不足する領域に高い電流密度を供給し、共振器方向におけるキャリア密度の均一化を図ることができる。
【００２０】
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図であり、図４は、図３に示した本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置のＢ−Ｂ’に沿った断面図である。図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置２３０の構造について説明する。なお、第１実施形態と共通する構成については説明を省略する。
【００２１】
図３、図４に示すように、半導体レーザ装置２３０は半導体レーザ素子２０１とサブマウント２２０とで構成される。半導体レーザ素子２０１は２波長型半導体レーザ素子であり、異なる波長のレーザ光を発振する第２半導体レーザ素子２０１ａと第３半導体レーザ素子２０１ｂとが互いに分離した状態で集積している。すなわち、第２半導体レーザ素子２０１ａと第３半導体レーザ素子２０１ｂとは共通する上面電極２０６と基板２１０とを上面に有し、下面電極として互いに絶縁する第２電極２０８ａと第３電極２０８ｂとを有する。また、基板２１０と第２電極２０８ａ及び第３電極２０８ｂとの間には、第１半導体層、活性層、第２半導体層がそれぞれ形成され（図4では図示しない）、レーザ光出射面として、第２前端面２０３ａと第３前端面２０３ｂとを有する。なお、第２半導体レーザ素子２０１ａ及び第３半導体レーザ素子２０１ｂの活性層及び半導体層はそれぞれ異なる。
【００２２】
また、サブマウント２２０上には互いに絶縁する第２電極パッド２２１ａと第３電極パッド２２１ｂとが形成され、第２電極パッド２２１ａと第２電極２０８ａとが接合し、第３電極パッド２２１ｂと第３電極２０８ｂとが接合している。また、第２電極パッド２２１ａには第２ワイヤ２２２ａがボンディングされ、第３電極パッド２２１ｂには第３ワイヤ２２２ｂがボンディングされている。第２ワイヤ２２２ａのボンディング位置は第２前端面２０３ａ近傍に設けられ、第３ワイヤ２２２ｂのボンディング位置は第３前端面２０３ｂ近傍に設けられている。また、上面電極２０６上にボンディングされた第１ワイヤ２１１は半導体レーザ素子２０１のレーザ光出射面近傍であり、第２前端面２０３ａと第３前端面２０３ｂ間の中間点近傍に設けられている。そして、第１ワイヤ２１１と第２ワイヤ２２２ａと第３ワイヤ２２２ｂとは共振器方向において略同一位置に配列している。
【００２３】
この構成により、第１ワイヤ２１１と第２ワイヤ２２２ａ又は第１ワイヤ２１１と第３ワイヤ２２２ｂ間に電圧を印加すると、第２半導体レーザ素子２０１ａ又は第３半導体レーザ素子２０１ｂのレーザ光出射面である第２前端面２０３ａ又は第３前端面２０３ｂからレーザ光が出射する。このとき、２波長のレーザ光が出射するレーザ光出射面（第２前端面２０３ａ又は第３前端面２０３ｂ）近傍で熱が発生するが、レーザ光出射面近傍に設けられた第２ワイヤ２２２ａ又は第３ワイヤ２２２ｂから熱を効率よく放出することができる。また、第１ワイヤ２１１が第２ワイヤ２２２ａ及び第３ワイヤ２２２ｂと共振器方向において略同一位置にボンディングされており、第１ワイヤ２１１と第２ワイヤ２２２ａ又は第１ワイヤ２１１と第３ワイヤ２２２ｂから併せて熱を放出することができる。これにより、第２前端面２０３ａ又は第３前端面２０３ｂ近傍の熱が効率よく放出され、発熱を原因とする半導体レーザ素子２０１の発光特性の低下を抑制することができる。なお、本実施形態は第１ワイヤ２１１と第２ワイヤ２２２ａと第３ワイヤ２２２ｂのいずれもレーザ光出射面近傍に設けられているが、本発明はこの場合に限定されず、これらのワイヤを共振器方向において略同一位置にボンディングすることにより、複数のワイヤから熱を効率的に放出することができる。
【００２４】
また、第２半導体レーザ素子２０１ａと第３半導体レーザ素子２０１ｂにおいて各活性層内における共振器方向における光密度の分布は、光を出射する第２前端面２０３ａ及び第３前端面２０３ｂ近傍で最大となり、最もキャリア密度が不足する。しかし、本実施形態における半導体レーザ素子２０１によれば、上面電極２０６がｎ側電極となった場合に第２前端面２０３ａと第３前端面２０３ｂとの中間点近傍にボンディングされた第１ワイヤ２１１から電子を注入することができ、供給する電流の電流密度が、第２前端面２０３ａ及び第３前端面２０３ｂ近傍でそれぞれ最大となる。これにより、キャリア密度が不足する領域に高い電流密度を供給し、第２半導体レーザ素子２０１ａと第３半導体レーザ素子２０１ｂにおいて、各活性層内における共振器方向におけるキャリア密度を均一化することができる。
【００２５】
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置の全体斜視図であり、図５を参照して、本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置３３０の構造について説明する。
【００２６】
第３実施形態による半導体レーザ装置３３０は第１実施形態で示した１波長型半導体レーザ素子と第２実施形態で示した２波長型半導体レーザ素子とを組み合わせた３波長型半導体レーザ装置であり、サブマウント３２０上には互いに絶縁する第２電極パッド３２１ａ、第３電極パッド３２１ｂ、第４電極パッド３２１ｃが形成され、１波長型半導体レーザ素子３０１ｃの下面電極は第４電極パッド３２１ｃと接合し、２波長型半導体レーザ素子３０１ｂの絶縁する２つの下面電極はそれぞれ第２電極パッド３２１ａ、第３電極パッド３２１ｂと接合している。
【００２７】
また、第２電極パッド３２１ａには第２ワイヤ３２２ａがボンディングされ、第３電極パッド３２１ｂには第３ワイヤ３２２ｂがボンディングされ、第４電極パッド３２１ｃには第４ワイヤ３２２ｃがボンディングされ、第３ワイヤ３２２ｂは第３前端面３０３ｂ近傍、第４ワイヤ３２２ｃは第４前端面３０３ｃ近傍に設けられている。２波長型半導体レーザ素子３０１ｂの上面電極にボンディングされる第１ワイヤ３１１はレーザ光出射面である第２前端面３０３ａと第３前端面３０３ｂ間の中間点近傍に設けられ、１波長型半導体レーザ素子３０１ｃの上面電極にボンディングされる第５ワイヤ３１１ｃは第４前端面３０３ｃ近傍に設けられている。また、サブマウント３２０上にはモニター用のフォトダイオード３４０が設けられ、フォトダイオード３４０上には第６ワイヤ３４１が設けられている。
【００２８】
このとき、第１ワイヤ３１１と第３ワイヤ３２２ｂと第４ワイヤ３２２ｃと第５ワイヤ３１１ｃとが１波長型半導体レーザ素子３０１ｃ及び２波長型半導体レーザ素子３０１ｂの共振器方向において略同一位置に配列している。これにより、第３前端面３０３ｂ近傍の熱が第１ワイヤ３１１と第３ワイヤ３２２ｂとから併せて効率よく放出され、第４前端面３０３ｃ近傍の熱が第４ワイヤ３２２ｃと第５ワイヤ３１１ｃとから併せて効率よく放出される。なお、本実施形態は第１ワイヤ３１１と第３ワイヤ３２２ｂと第４ワイヤ３２２ｃと第５ワイヤ３１１ｃとが全てレーザ光出射面近傍に設けられているが、第１ワイヤ３１１と第３ワイヤ３２２ｂ又は第４ワイヤ３２２ｃと第５ワイヤ３１１ｃをそれぞれの半導体レーザ素子の共振器方向において略同一位置にボンディングしても、第１ワイヤ３１１と第３ワイヤ３２２ｂ又は第４ワイヤ３２２ｃと第５ワイヤ３１１ｃから熱を効率的に放出することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０１、２０１                        半導体レーザ素子
２０１ａ                      第２半導体レーザ素子
２０１ｂ                      第３半導体レーザ素子
１０２                                活性層
１０３、２０３                        前端面
２０３ａ、３０３ａ            第２前端面
２０３ｂ、３０３ｂ            第３前端面
３０３ｃ            第４前端面
１０４                                後端面
１０５                                第１半導体層
１０６，２０６                        上面電極
１０７                                第２半導体層
１０８                                下面電極
２０８ａ                      第２電極
２０８ｂ                      第３電極
１１０、２１０                        基板
１１１、２１１、３１１                第１ワイヤ
１２０、２２０、３２０                サブマウント
１２１、２２１ａ、３２１ａ            第２電極パッド
２２１ｂ、３２１ｂ            第３電極パッド
３２１ｃ            第４電極パッド
１２２、２２２ａ、３２２ａ            第２ワイヤ
２２２ｂ、３２２ｂ            第３ワイヤ
３２２ｃ            第４ワイヤ
３１１ｃ            第５ワイヤ
１３０、２３０、３３０                半導体レーザ装置
【図１】
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【図２】
2011108743.tif 000004
【図３】
2011108743.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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