(57)【要約】【課題】ステム上に機械的かつ電気的に接合されたヒートシンク上に半導体レーザチップが実装されている半導体レーザ装置において、ヒートシンクの熱を外部に放熱する構成を提供することである。【解決手段】ステム４上に機械的かつ電気的に接合されたヒートシンク３上に半導体レーザチップ１が設置され、前記ステム４から前記半導体レーザチップ１等のデバイスへ電流を入出力するＬＤリード、ＰＤリード、コモンリード等のリードが植立された半導体レーザ装置において、コモンリード７の一端が前記ヒートシンク３に接合されていることを特徴とする。【選択図】図２
2009182282.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステム上に機械的かつ電気的に接合されたヒートシンク上に半導体レーザチップが設置され、前記ステムから前記半導体レーザチップや受光素子等のデバイスへ電流を入出力するＬＤリード、ＰＤリード、コモンリード等のリードが植立された半導体レーザ装置において、コモンリードの一端が前記ヒートシンクに接合されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体レーザ装置において、前記ヒートシンク上にサブマウントを介して前記半導体レーザチップが設置されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザプリンタ、デジタルコピー機等の光源に用いられる半導体レーザ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１には従来の半導体レーザ装置の縦断面図を示す。端面発光型のレーザチップ１を備えた半導体レーザ装置は、例えばガリウム砒素からなる半導体基板の主面に複数のレーザ素子がアレイ状に形成され、前記半導体基板の主面側を下にして、例えばシリコンカーバイドやアルミナイトライド等、熱伝導性の高い材料からなるサブマウント２主面の素子搭載領域上に搭載される。サブマウント２のレーザチップ１搭載領域には、レーザチップ１のそれぞれの電極と対向した位置に複数の電極が配置されている。そして、その複数の電極のそれぞれの主面上には半田層が形成される。つまり、サブマウント２の半導体レーザチップ１搭載領域上に配置された複数の電極のそれぞれには、半田層を介在してレーザ素子の複数の電極が、サブマウント２に配置された所定の対応する電極上に電気的且つ機械的に接続される。
【０００３】
前記サブマウント２は、レーザ素子の発熱を抑えるために、熱伝導性の高い例えば銅や銅を含む複合素材などで作られたヒートシンク３と接合されており、更に前記ヒートシンク３はステム４とロウ付けで機械的かつ電気的に接合している。
【０００４】
前記サブマウント２のレーザチップ１搭載領域と異なる他の領域上には、図１上に図示しない複数のボンディングワイヤ接続のためのボンディングパッドがワイヤ装着時にワイヤがレーザ光を遮断しない位置に形成されている。前記ボンディングワイヤの他端側は、ステム４を貫通して設けられ、前記ステム４とは低融点ガラス等のガラス封止材１０により電気的に絶縁された複数のＬＤリード５の一端側にそれぞれ接続される。
【０００５】
また、前記半導体レーザチップ１のコモン面は図１には図示しないボンディングワイヤによって前記ヒートシンク３へ接続され、前記ステム４を介して、前記ステム４にロウ付けされ、前記ステム４から植立するコモンリード７へ電気的に接続されることによりパッケージ外部からの半導体レーザ素子への通電を可能にしている。
【０００６】
前記ステム４上には前記半導体レーザチップ１の発光光量を検出するピンフォトダイオードなどの受光素子８が、前記受光素子８の主面（受光面）側を上にしてハンダ接合等により基台９を介して前記ステム４に固着されている。前記受光素子８の主面には電極が設けられ、ステム４を貫通し前記ステム４とは低融点ガラス等のガラス封止材１０により電気的に分離されたＰＤリード６とボンディングワイヤにより電気的に接続されている。前記受光素子８裏面と前記コモンリード７とは前記ステム４を介して電気的に接続されているため、前記受光素子８は、前記半導体レーザチップ１の発光光量に応じたモニター電流をパッケージ外部へ出力することが可能である。
【０００７】
また、前記ステム４には、図１には図示しないキャップが溶接され、パッケージ内部は密閉されている。前記キャップの一部はガラスで構成されており、前記半導体レーザチップ１の光をパッケージ外部へ出力することができる。前記半導体レーザチップ１や前記受光素子８、ボンディングワイヤなどの酸化を防止するために、前記キャップの溶接時には不活性ガスを封入することが一般的である。
【０００８】
図１に示した従来の半導体レーザ装置のパッケージは、複数のレーザ素子を有する場合の例であるが、例えば特許文献１には、単数のレーザ素子のみ有する場合の例が記載されている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３７８７１８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の半導体レーザ装置においては、以下のような問題点がある。
【００１１】
ステム４との電気的絶縁性を確保し、またパッケージ内部を密閉するために、ＬＤリード５とＰＤリード６は、前記ステム４に対し低融点ガラス等のガラス封止材１０にてガラス封止されている。半導体レーザ装置の温度が変化してもガラス封止の安定性を維持するため、ステム４の材質にはガラスと同等の線膨張係数を有するコバールなどのニッケル鉄合金が用いられることが多い。
【００１２】
しかしながら、ステム４の材料であるコバールは熱伝導率が約１９．７（Ｗ／ｍ・Ｋ）と、低いことが知られている。発光による温度の上昇を吸収する目的で半導体レーザチップ１はサブマウント２を介してヒートシンク３に接合されているが、ステム４の熱伝導率が低いためにレーザ素子の光出力の上昇や連続発光時間の増加と共に、前記半導体レーザチップ１の温度は上昇してしまう。半導体レーザには温度上昇により光出力が低下するドループと称する現象が生じることが知られている。ドループは例えばレーザプリンタ等への応用において、印刷画像の濃度むらを引き起こす等の問題がある。
【００１３】
このような問題を解決するための提案は従来から行われており、本発明者らが提案した特願２００６−２０６６５５号において開示しているように、ステムを貫通し、外部に突出させたヒートシンクに外部放熱器等を接続させる提案を行っている。該手段は非常に有効であるが、該半導体レーザ装置が小型のパッケージを有する場合、ステムにおけるリード植立部の占める割合が多くなるため、外部に突出させるヒートシンクの大きさに制限が生じるという点がある。
【００１４】
そこで、小型のパッケージにおいてもレーザチップの熱を外部に放熱可能な構成が望まれる。
【００１５】
本発明の目的は、ヒートシンクの熱を外部に放熱することで、発光による半導体レーザチップの温度上昇を抑制することができる半導体レーザ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記目的を達成するため本発明は、ステム上に機械的かつ電気的に接合されたヒートシンク上に半導体レーザチップが設置され、前記ステムから前記半導体レーザチップや受光素子等のデバイスへ電流を入出力するＬＤリード、ＰＤリード、コモンリード等のリードが植立された半導体レーザ装置において、コモンリードの一端が前記ヒートシンクに接合されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、ステムから植立するコモンリードの一端をヒートシンクに直接接合することにより、ヒートシンクの熱を外部に放熱することができ、発光による半導体レーザチップの温度上昇を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施例について図を用いて説明する。図２は、実施例に係る半導体レーザ装置の縦断面図である。
【００１９】
端面発光型のレーザチップ１を備えた半導体レーザ装置は、例えばガリウム砒素からなる半導体基板の主面に複数のレーザ素子がアレイ状に形成され、前記半導体基板の主面側を下にして、例えばシリコンカーバイドやアルミナイトライド等、熱伝導性の高い材料からなるサブマウント２主面の素子搭載領域上に搭載される。サブマウント２のレーザチップ１搭載領域には、レーザチップ１のそれぞれの電極と対向した位置に複数の電極が配置されている。そして、その複数の電極のそれぞれの主面上には半田層が形成される。つまり、サブマウント２の半導体レーザチップ１搭載領域上に配置された複数の電極のそれぞれには、半田層を介在してレーザ素子の複数の電極が、サブマウント２に配置された所定の対応する電極上に電気的且つ機械的に接続される。
【００２０】
前記サブマウント２は、レーザ素子の発熱を抑えるために、熱伝導性の高い、例えば銅や銅を含む複合素材などで作られたヒートシンク３と接合されており、更に前記ヒートシンク３はステム４とロウ付けで機械的かつ電気的に接合している。
【００２１】
前記サブマウント２のレーザチップ１搭載領域と異なる他の領域上には、図２上に図示しない複数のボンディングワイヤ接続のためのボンディングパッドがワイヤ装着時にワイヤがレーザ光を遮断しない位置に形成されている。前記ボンディングワイヤの他端側は、ステム４を貫通して設けられ、前記ステム４とは低融点ガラス等のガラス封止材１０により電気的に絶縁された複数のＬＤリード５の一端側にそれぞれ接続される。
【００２２】
また、前記半導体レーザチップ１のコモン面は図２には図示しないボンディングワイヤによって前記ヒートシンク３へ接続される。さらに、前記ヒートシンク３にロウ付けされ、前記ステム４を貫通して前記ステム４から植立するコモンリード７へ電気的に接続されることによりパッケージ外部からの半導体レーザ素子への通電を可能にしている。
【００２３】
前記ステム４上には前記半導体レーザチップ１の発光光量を検出するピンフォトダイオードなどの受光素子８が、前記受光素子８の主面（受光面）側を上にしてハンダ接合等により基台９を介して前記ステム４に固着されている。前記受光素子８の主面には電極が設けられ、ステム４を貫通し前記ステム４とは低融点ガラス等のガラス封止材１０により電気的に分離されたＰＤリード６とボンディングワイヤにより電気的に接続されている。前記受光素子８裏面と前記コモンリード７とは前記ステム４を介して電気的に接続されているため、前記受光素子８は、前記半導体レーザチップ１の発光光量に応じたモニター電流をパッケージ外部へ出力することが可能である。
【００２４】
また、前記ステム４には、図２には図示しないキャップが溶接され、パッケージ内部は密閉されている。前記キャップの一部はガラスで構成されており、前記半導体レーザチップ１の光をパッケージ外部へ出力することができる。前記半導体レーザチップ１や前記受光素子８、ボンディングワイヤなどの酸化を防止するために、前記キャップの溶接時には不活性ガスを封入することが一般的である。
【００２５】
図２に示す実施例では、ステム４から植立し外部に接続されるコモンリード７の一端をヒートシンク３に直接接合した。前記コモンリード７は図２には図示しない該半導体レーザ装置の駆動回路基板のＧＮＤ部へ接続される。前記駆動回路基板のＧＮＤ部は一般に広い面積の導体パターンにて形成される。このため本実施例による半導体レーザ装置では、ヒートシンク３に大きな熱容量が接続された状態となり、前記ヒートシンク３の熱を外部に放熱することができる。従って、発光による半導体レーザチップ１の温度上昇を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
レーザプリンタ、デジタルコピー機等の光源に用いられる半導体レーザ装置において、発光による半導体レーザチップの温度上昇を抑制する場合に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の半導体レーザ装置の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る半導体レーザ装置の縦断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…レーザチップ、２…サブマウント、３…ヒートシンク、４…ステム、５…ＬＤリード、６…ＰＤリード、７…コモンリード、８…受光素子、９…基台、１０…ガラス封止材、１１…ろう材
【図１】
2009182282.tif 000003
【図２】
2009182282.tif 000004