(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のヒートシンクと、該ヒートシンク上に設けられ、絶縁体からなる平面形状がほぼ長方形のサブマウントと、該サブマウント表面に前記長方形の長辺方向に半分より大きい部分と残部とに分離して設けられる第１および第２のメタル層と、前記第１のメタル層上で、前記サブマウントの前記長辺の一辺側がレーザ光の出射面側となるように、該長辺方向のほぼ中央部にフェースダウンで設けられるレーザチップと、該レーザチップの両電極を前記第１および第２のメタル層とそれぞれ電気的に接続する接続手段と、前記レーザチップの出射面の後ろ側における前記ヒートシンク上に前記サブマウントと並置して、かつ、その高さが前記サブマウントの高さ以下になるように設けられる受光素子とを有する半導体レーザの製法であって、前記レーザチップと前記受光素子のカソードを共通にするＭタイプを製造する場合と、前記レーザチップのアノードと前記受光素子のカソードとを接続するＮタイプを製造する場合とで、前記サブマウントの向きを１８０°回転することにより、前記Ｍタイプと前記Ｎタイプとで同様のワイヤボンディングをすることを特徴とする半導体レーザの製法。
【請求項２】
前記サブマウントの前記出射面と反対側の前記長辺部の端部に、前記出射面と反対側に延びる突起部が形成され、該突起部上に前記第１または第２のメタル層が延出して設けられてなる請求項１記載の半導体レーザの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタルビデオディスク）、ＬＢＰ（レーザビームプリンタ）、ＤＶＤ−ＲＯＭなどのピックアップ用光源に用いるのにとくに適した、半導体レーザの製法に関する。さらに詳しくは、用途に応じてレーザダイオードとモニター用の受光素子との接続構造が変る場合でも対応できる構造のサブマウントを有する半導体レーザの製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光ピックアップなどに装着する半導体レーザは、たとえば図６（ａ）にキャンタイプの例が示されるように、ステム１と一体のヒートシンク（金属ステム）１１にレーザチップ３を直接ダイボンディングし、その後方にＬＤチップ３がダイボンディングされる面と異なる面（レーザチップ３側に対向する成分を有する面）に受光素子（ＰＤ）４がマウントされるタイプ、図６（ｂ）に示されるように、Ｓｉサブマウント２を使用し、ＰＤ４はＬＤチップ３後方にＬＤチップと異なる面にマウントするタイプ、図６（ｃ）に示されるように、Ｓｉサブマウント２を使用してＰＤ４はサブマウント２の表面側に作り込まれるタイプとがある。なお、図６において、１２はＬＤチップ３とＰＤ４との、それぞれの一方の電極が接続されるコモンリード、１３および図には現れない１４はそれぞれＬＤチップ用およびＰＤ用のリード、５はキャップを示す仮想線である。
【０００３】
図６（ａ）に示される例は、ステムと一体のヒートシンク１１に直接ＬＤチップ３をマウントする構造であり、ヒートシンク１１にパターンを形成してパターン付けすることができないため、ダイボンディング剤が這い上がりやすく、ＬＤチップ３をフェースダウンでマウントすることができない（ＬＤチップ３の基板側を下にしてマウントしなければならない）。しかし、ＬＤチップ３の基板であるＧａＡｓなどは熱伝導率が小さく、温度特性が悪くなるという問題がある。また、ＰＤ４がＬＤチップ３側を向くようにマウントされると、ヒートシンクに傾斜面を形成しなければならないと共に、スペースを多く必要として小形化を図ることができない。さらに、ワイヤボンディングする際に、ＬＤチップ３の面とＰＤ４の面とが異なり、一度にワイヤボンディングをすることができないという問題がある。
【０００４】
また、図６（ｂ）に示される構造では、サブマウント２のシリコンが導電性であるため、極性反転のためには、通常ＳｉＯ2などの絶縁膜がその表面に設けられる。すなわち、たとえば光ディスク関係の半導体レーザには、ＬＤとＰＤのカソード側を共通にして用いる、いわゆる両電源タイプ（以下、Ｍタイプという）が、ＬＢＰ、センサ、バーコード用などの半導体レーザには、ＬＤのカソードとＰＤのアノードを接続する、いわゆる（＋）片電源タイプ（以下、Ｐタイプという）か、ＬＤのアノードとＰＤのカソードを接続する、いわゆる（−）片電源タイプ（以下、Ｎタイプという）が用いられる。そのため、用途に応じて接続を変えるためには、サブマウントが導電性であると所望の接続関係が得られず、表面に絶縁膜を設ける必要がある。しかし、ＳｉＯ2は熱伝導率が悪くＬＤの温度特性が劣化すると共に、絶縁膜の両面が電極パターンとＳｉで導電性であるため、容量が形成され、とくに高周波特性が低下するという問題がある。また、ＰＤ４をＬＤチップ３と異なる面に設けることに関する問題は、図６（ａ）の構造と同様である。
【０００５】
さらに、図６（ｃ）に示される構造では、ＬＤチップ３のボンディング面とＰＤ４のボンディング面とが同一面であるため、ダイボンディングおよびワイヤボンディングは容易であると共に、小形化はしやすいが、図６（ｂ）の構造と同様に、絶縁膜による熱伝導の低下、容量の発生に伴う高周波特性の低下などの問題がある。この構造では、サブマウント２にＬＤチップ３をダイボンディングした状態の平面説明図および側面説明図が図７に示されるように、Ｓｉサブマウント２の表面に設けられるＳｉＯ2などの絶縁膜２４を介してメタル層２５が設けられ、その上に導電性接着剤２６によりＬＤチップ３がボンディングされ、メタル層２５はサブマウント２の側部のワイヤボンディングパッド２５ａを経て、ＰＤ４の後ろ側にプローブ用パッド２５ｂが形成されている。なお、このサブマウント２の大きさは、縦Ｃ×横Ｄが、たとえば０.６ｍｍ×０.５ｍｍ程度である。
【０００６】
このプローブ用パッド２５ｂは、ＬＤチップ３をダイボンディングした後に、ボンディングなどによる不良品を除外するため、ヒートシンクにマウントする前にその電気的特性を測定するため設けられている。なお、図７において、２７はＰＤ４のワイヤボンディングパッド、２８は共通電極メタル層、６はワイヤをそれぞれ示す。このサブマウントは図７（ｂ）に示されるように、導電性接着剤２９により金属性のヒートシンク１１に接着され、共通電極メタル層２８は、図７（ｂ）に直線と矢印で示されるように、Ｓｉサブマウント２を介して、ヒートシンク１１に電気的に接続されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ＰＤをＬＤチップの後でＬＤチップ側を向くようにマウントする構造では、ＰＤをマウントする傾斜面を形成しなければならないと共に、ワイヤボンディングを２つの面で行わなければならないため、作業工数が増大すると共に、小形化の妨げになるという問題がある。また、Ｓｉサブマウントを使用し、そのサブマウントにＰＤを作り込むタイプでは、前述のように、その表面に絶縁膜を設ける必要があるが、その絶縁膜の熱伝導率の低下や容量の形成に伴う高周波特性の劣化などの問題がある。
【０００８】
一方、サブマウントとＰＤとを別部品で形成して、横に並べようとすると、前述の図７に示されるように、通常サブマウント２表面のレーザチップ３の後方には、ＬＤチップ３の電気的特性を測定するためのプローブ用パッド２６が設けられている。そのため、従来構造によるサブマウント２の後ろに、別部品のＰＤを設けるためには、前述の図６（ａ）〜（ｂ）に示されるように、ある程度ＬＤチップ３の方にＰＤ４を対向させて設けないと感度が充分に得られず、ＬＤチップ３の方に向けると、ＬＤチップ３とＰＤ４のボンディング面が異なり、ワイヤボンディングが煩雑になるという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決し、用途に応じてＬＤチップとＰＤとの接続構造が、前述のいわゆるＭタイプ、Ｐタイプ、Ｎタイプのいずれの構造でも自由に製造し得ると共に、絶縁膜による容量の問題を生じさせないで、高周波特性を劣化させずに、さらに小形化し得る半導体レーザの製法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、前述の問題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、サブマウントにおけるプローブ用電極パッドとして、ワイヤボンディング部分を用いても、プローブ電極にその先端が尖鋭なものを使用しない限り、ワイヤボンディング部に傷をつけてワイヤボンディングの信頼性を損なうことはないことを見出し、プローブ用電極パッドとワイヤボンディン部とを共用することにより、レーザチップ後方のサブマウントを殆どなくすることができ、すぐ後ろにレーザチップと同じ向きに受光素子を並べて配設しても、充分にモニター用の受光感度が得られることを見出した。
【００１２】
本発明による半導体レーザの製法は、金属製のヒートシンクと、該ヒートシンク上に設けられ、絶縁体からなる平面形状がほぼ長方形のサブマウントと、該サブマウント表面に前記長方形の長辺方向に半分より大きい部分と残部とに分離して設けられる第１および第２のメタル層と、前記第１のメタル層上で、前記サブマウントの前記長辺の一辺側がレーザ光の出射面側となるように、該長辺方向のほぼ中央部にフェースダウンで設けられるレーザチップと、該レーザチップの両電極を前記第１および第２のメタル層とそれぞれ電気的に接続する接続手段と、前記レーザチップの出射面の後ろ側における前記ヒートシンク上に前記サブマウントと並置して、かつ、その高さが前記サブマウントの高さ以下になるように設けられる受光素子とを有する半導体レーザの製法であって、前記レーザチップと前記受光素子のカソードを共通にするＭタイプを製造する場合と、前記レーザチップのアノードと前記受光素子のカソードとを接続するＮタイプを製造する場合とで、前記サブマウントの向きを１８０°回転することにより、前記Ｍタイプと前記Ｎタイプとで同様のワイヤボンディングをすることを特徴としている。
【００１３】
ここにほぼ長方形とは、主要部の形状が長方形であることを意味し、一端部または両端部に突起部が設けられたり、中央部に凹部が形成されることにより両端部が長くされている場合には、その端部の長い部分を除いた形状を意味する。
【００１４】
この製法にすることにより、ＬＤチップと、ＰＤとが同一平面にボンディングされるため、ワイヤボンディングは同時に行うことができ、非常に製造工程が簡単になる。さらに、サブマウントが平面形状で長方形で、ＬＤチップから出射する光ビームの軸方向が短くなる構造になっているため、すなわち従来のサブマウントのプローブ用電極パッド部分をなくした構造になっているため、半導体レーザを非常に小さくすることができる。さらに、サブマウントがＬＤチップのマウント部とその両横のワイヤボンディング部しかない簡単な形状であるため、サブマウントを１８０°回転させるだけで、同様のワイヤボンディングにより、前述のカソードを共通にするＭタイプと、前述の（−）片電源のＮタイプとを製造することができ、また、ＰＤをカソードコモンからアノードコモンに変更するだけで、Ｍタイプと同様のワイヤボンディングにより、前述の（＋）片電源のＰタイプを製造することができる。
【００１５】
前記サブマウントの前記出射面と反対側の前記長辺部の端部に、前記出射面と反対側に延びる突起部が形成され、該突起部上に前記第１または第２のメタル層が延出して設けられることにより、ワイヤボンディングが２回行われる部分でも充分にワイヤボンディングのスペースを確保しながら、受光素子をレーザチップに充分に近づけることができる。なお、突起部は一端部側だけでも、両端部側に設けられてもよく、長方形状の中央部に凹部が形成されることにより、コ字型に形成されてもよい。さらに、出射面側にも同様のコ字型の凹部が形成される形状にすれば、サブマウントを１８０°回転させて使用することもできる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
つぎに、図面を参照しながら本発明の半導体レーザの製法について説明をする。本発明の半導体レーザの製法は、図１にその一実施形態によるサブマウントと受光素子部分の平面および側面の説明図が示されるように、金属製のヒートシンク１１上に、サブマウント２が設けられている。このサブマウント２は、たとえばＡｌＮやＳｉＣなどの熱伝導率が大きい絶縁体からなり、平面形状がほぼ長方形状に形成されている。このサブマウント２の表面には、長方形の長辺方向に半分より大きい部分と残部とに分離して、第１および第２のメタル層２１、２２が設けられている。
【００１９】
この第１のメタル層２１上で、サブマウント２の長辺の一辺側がレーザ光の出射面側となるように（図１で、白抜きの矢印ＬＢがレーザビームの出射方向を示す）、長辺方向のほぼ中央部の第１メタル層２１上にレーザチップ（ＬＤチップ）３が設けられている。このＬＤチップ３の両電極は、第１および第２のメタル層２１、２２とそれぞれ導電性接着剤やワイヤボンディングなどの接続手段により電気的に接続されている。そして、ＬＤチップ３の出射面の後ろ側におけるヒートシンク１１上に、サブマウント２と並置して受光素子（ＰＤ）４が設けられ、そのＰＤ４の高さＨPがサブマウント２の高さＨS以下に形成されている。
【００２０】
サブマウント２は、図１に示されるように、平面形状がほぼ長方形で、図２にキャンタイプの半導体レーザの一部破断斜視図が示されるように、レーザビームＬＢの出射方向と垂直方向にその長辺側が位置するようにステム１と一体またはステム１に固定されたヒートシンク１１に図示しないボンディング剤によりボンディングされている。サブマウント２は、ＡｌＮやＳｉＣなどの熱伝導に優れた絶縁体が用いられている。このサブマウント２の表面には、図１に示されるように、その長辺方向に沿ってほぼ２／３の長さと、ほぼ１／３の長さに分離して、Ａｕ、Ａｌなどからなる第１および第２のメタル層２１、２２が設けられている。そして、長い方の第１メタル層２１上の、サブマウント２の長辺方向のほぼ中央部で、前述の光ビームＬＢ出射方向側端部に出射面を有するようにＬＤチップ３がダイボンディングされている。
【００２１】
このサブマウント２は、たとえば縦Ｃ×横Ｄが０.３ｍｍ×０.８ｍｍ程度に形成され、従来のような縦長ではなく、横長（幅広）に形成されていることに特徴がある。この縦方向の長さＣは、ＬＤチップ３の長さ（たとえば０.２５ｍｍ）程度でもよく、その２〜３倍程度の長さでもよいが、後述するＰＤ４をできるだけＬＤチップ３に近づけるためには、短い方が好ましい。一方、図１に示される第２のメタル層２２のように、ワイヤボンディングが２回行われる部分では、ＬＤチップ３長の２倍程度に長くした方がワイヤボンディングを行いやすい。
【００２２】
この観点からは、サブマウント２の形状は、完全な長方形状ではなく、図３（ａ）に示されるように、長辺の端部にレーザ出射面の後ろ側に延びるような突起部を形成して、中央部を短くする形状でもよい。すなわち、図３（ａ）に示される形状は、４角形の一辺の中央部に凹部２ａが形成されることにより、両端部に突起部２ｂが形成されている。この突起部２ｂの長さは長すぎても構わず、本明細書で長方形状というのは、この突起部２ｂを除いた主要部のことで、図３（ａ）のＡで示される範囲の形状を指している。なお、この突起部２ｂは、両端部に設けられなくても、前述のワイヤボンディングが２回行われる側の端部のみに設けられてもよい。この突起部２ｂは、その内部にＰＤ４を挿入できるようにしてもよいし、ＰＤ４を内部に入れない場合でも、ＬＤチップ３の後端面から下方に向う光がサブマウントに当らないようにするのに好ましい。
【００２３】
ＬＤチップ３は、従来と同様の構造で、たとえばｎ形のＧａＡｓ基板上にＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体またはＡｌＧａＡｓ系化合物半導体のダブルヘテロ構造からなっており、積層された半導体層の上面側の電極（たとえばｐ側電極）が第１メタル層２１上に、図示しない導電性ボンディング剤によりボンディングされ、ＧａＡｓ基板の裏面に設けられる電極（たとえばｎ側電極）が上部に露出している。図１に示される例では、この上部に露出しているｎ側電極が金線などのワイヤ６により第２のメタル層２２と電気的に接続され、第２のメタル層２２は、さらにワイヤ６により金属製のヒートシンク１１と電気的に接続されている。
【００２４】
ＰＤ４は、たとえばｎ形シリコン基板にノンドープ層とｐ形層とが成長されることにより形成されるｐｉｎダイオードからなり、ＬＤチップ３で発光する光を吸収して電気信号に変換し得るように形成されている。このＰＤ４は、ｐｉｎダイオードでなくても、ｐｎ接合型受光素子またはホトトランジスタでもよく、要はＬＤチップ３で発光する光を電気信号に変換できる素子であればよい。このＰＤ４は、図示しない導電性ボンディング剤により金属製のヒートシンク１１に直接ボンディングされることにより、ＰＤのｎ側電極がヒートシンク１１を介して、ＬＤチップ３のｎ側電極と共にコモンリード１２に接続されている。このＰＤ４のボンディング位置は、できるだけサブマウント２に近づいた位置にボンディングされ、結果的にＬＤチップ３と近い位置にボンディングされている。
【００２５】
さらに、本発明では、ＰＤ４の高さＨPがサブマウント２の高さＨSより高くならないように設定されている。この理由は、ＬＤチップ３がフェースダウン（半導体積層部側を下にしてボンディングされているため、光ビームの出射点は、サブマウント２の表面から数μｍ程度のところにあり、ＰＤ４の高さがサブマウントの高さより高いとその表面での受光量が大幅に低下するからである。一方、ＬＤチップ３から後ろ側に出る光は、前方から出射する光量よりは少なくなるように端面の反射率が調整されているが、そのビームは出射面側と同様に絞られたビームとなるものの、ある程度の広がりを有しており、図１（ｂ）に示されるように、下方に向う光を吸収することができる。
【００２６】
第１のメタル層２１のＬＤチップ３がボンディングされていない部分には、ワイヤボンディングがなされ、ＬＤリード１３との間で金線などのワイヤ６により電気的接続され、ＰＤ４の上面側のｐ側電極は、ワイヤ６により直接ＰＤリード１４と電気的に接続されている。そして、図２に示されるように、その周囲にキャップ５が被せられ、ステム１と固定されることにより、キャンタイプの半導体レーザが得られる。
【００２７】
図１に示される半導体レーザは、前述のように、ＬＤチップ３のｎ側電極およびＰＤ４のｎ側電極が共にコモンリード１２に接続され、ＬＤチップ３のｐ側電極はＬＤリード１３に、ＰＤ４のｐ側電極はＰＤリード１４にそれぞれ接続され、図１（ｄ）に等価回路が示されるように、ＬＤとＰＤのカソードが共通であるＭタイプの半導体レーザが得られ、光ディスクのピックアップに用いられるのに適した半導体レーザとなる。
【００２８】
一方、ＬＢＰ、センサ、バーコードリーダなどに用いられるＬＤチップのカソードとＰＤのアノードとを直接接続する、Ｐタイプの半導体レーザを構成するには、ＰＤ４として、アノードコモン（Ｓｉ基板にｐ形のものを使用してｐｉｎダイオードを形成する）の受光素子を用いることにより、図１に示されるワイヤボンディングと同じボンディングをすることにより得られる。また、ＬＢＰ、センサ、バーコード用などに用いられるＬＤチップのアノードとＰＤのカソードとを直接接続するＮタイプの半導体レーザを構成するには、図４に図１と同様の平面説明図、側面図および等価回路図が示されるように、サブマウント２の向きを１８０°回転してマウントし、ＬＤチップ３のｎ側電極を第２のメタル層２２とワイヤボンディングし、第２のメタル層２２とＬＤリード１３との間でワイヤボンディングをし、第１のメタル層２１とヒートシンク１１との間でワイヤボンディングすることにより、図４（ｃ）に示される等価回路図の接続構造を有する半導体レーザが得られる。
【００２９】
このように、本発明によれば、どのタイプでも同じサブマウントを使用して、サブマウントの向きをひっくり返すか、または受光素子の極性が逆のものを使用することにより、同じ作業工程で簡単に組み立てることができる。なお、前述の図３（ａ）に示されるような端部に突起部を有するサブマウントにする場合、図３（ｂ）に示されるように、出射端面側にも凹部２ａを形成することにより、突起部の形状は点対称となり、１８０°回転させるだけで、異なる接続構造の半導体レーザを同様に組み立てることができる。
【００３０】
本発明の半導体レーザの製法によれば、サブマウントに、ＡｌＮなどのＳｉＯ2より遥かに熱伝導率の優れた絶縁体を用いているため、容量の問題もなく、どの用途（Ｍタイプ、Ｐタイプ、Ｎタイプ）に対しても、同じサブマウントを用いて組み立てることができる。さらに、サブマウントの長さを短くして、その後ろ側にＰＤをサブマウントの高さ以下にして設けているため、サブマウントと受光素子とを別部品で構成しながら、受光素子をレーザチップ側に向けないで、同一平面上にボンディングすることができる。しかも、サブマウントの縦方向の長さを短くして、そのすぐ後ろに受光素子を配置しているため、狭いスペースでも両素子を簡単に配置することができる。その結果、電子機器の軽薄短小化に伴い、より一層の小形化が求められる場合でも、非常にコンパクトな半導体レーザを構成することができる。
【００３１】
図５に、図１に示される半導体レーザを用いたピックアップの一例である３ビーム法の構成説明図が示されている。すなわち、半導体レーザ５０が横向きに配置され、半導体レーザ５０からの光を回折格子５１により３分割し、出射光と反射光とを分離するビームスプリッタ５２を介して、コリメータレンズ５３により平行ビームとし、プリズムミラー（反射鏡）５４により９０°ビームを曲げて（ｘ軸方向にして）対物レンズ５５によりＤＶＤやＣＤなどの光ディスク５６の表面に焦点を結ばせる。そして、光ディスク５６からの反射光を、ビームスプリッタ５２を介して、凹レンズ５７などを経て光検出器５８により検出する構成になっている。
【００３２】
これらの組立体が、図示しないボディ内に組み立てられ、そのボディに直接設けられたガイド溝によりスライドできるようにピックアップが保持され、図示しない光ディスクの載置台や回転機構、光ピックアップを移動するスライダ機構などが設けられることにより、光ディスク再生装置が構成され、光ピックアップをスライドさせ、トラッキングサーボやフォーカスサーボを行いながら信号の検出を行える構造になっている。
【００３３】
前述の各例では、キャンタイプの半導体レーザであったが、キャンタイプに限らず、樹脂モールドタイプなどの半導体レーザでも、前述のサブマウントを使用することができる。また、ＬＤチップは前述の例に限らず、ＧａＮ系化合物半導体などを用いた青色系などでも同様であることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光ディスク関係や、ＬＢＰ、バーコード用などの用途により、そのレーザチップと受光素子との接続方法が異なる要求に対しても、同じサブマウントを使用しながら、どのタイプでも同じ方法で製造することができ、製造工程の簡略化と共に部品コストの低減化を図ることができる。さらに、絶縁性のサブマウントを用いているため、絶縁層部分の厚さが厚く、容量も発生しない。そのため、高周波重畳をする場合にも特性劣化は生じない。また、サブマウントの縦方向の長さを短くして受光素子をレーザチップと同一面上に配置しているため、ワイヤボンディング工程が非常に簡単になると共に、レーザチップの後方に受光素子を設ける場所を異なる面で形成しなくてもよいため、安価で非常に小形化を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による半導体レーザの製法に用いるサブマウント部を示す説明図である。
【図２】  本発明による半導体レーザの製法の一実施形態により得られる半導体レーザの構造を示す説明図である。
【図３】図１のサブマウント形状の変形例を示す説明図である。
【図４】図１のＬＤチップとＰＤの接続構造の変形例を示す説明図である。
【図５】図２に示される半導体レーザを用いてピックアップを構成した例の説明図である。
【図６】従来のＬＤチップのボンディング構造を説明する図である。
【図７】従来のシリコンサブマウントの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
２    サブマウント
３    ＬＤチップ
４    ＰＤ
１１    ヒートシンク
２１    第１のメタル層
２２    第２のメタル層
【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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