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発明の名称 半導体レーザ装置および光送信装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−85388
公開日 平成6年(1994)3月25日
出願番号 特願平4−235680
出願日 平成4年(1992)9月3日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】鵜沼 辰之
発明者 柳生 泰利 / 嶋岡 誠 / 福田 和之 / 熊沢 鉄雄
要約 目的
半導体レーザ素子の素子電極と外部電極との間のボンディングワイヤの長さに起因する寄生インダクタンスを減らした半導体レーザ装置を提供する。

構成
L字型のヒートシンク6の内側底面にサブキャリア4を載せ、その上に半導体レーザ素子1を固定し、素子1の上面電極3と外部電極となるヒートシンク6のL字内側側面とが約90°以下となるように配置し、両電極3と13とを接続するボンディングワイヤ5の長さが短くなるようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】 半導体レーザ素子の上面電極と外部電極とを約90゜以下の角度をなすように設置し、前記上面電極と前記外部電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置。
【請求項2】 金属製のL字型ヒートシンクと、上面および下面をメタライズされ前記下面を前記ヒートシンクのL字内側底面に固定された直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、上面および下面に電極を有し前記下面を前記サブキャリアの上面に固定され前記上面電極と前記ヒートシンクのL字内側側面とが約90゜以下の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、前記ヒートシンクのL字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置。
【請求項3】 直方体状の金属製ヒートシンクと、一つの面Aと当該面Aに隣接する一つの面Bとをメタライズにより導通させ前記面Aの裏面Cを前記面A,Bとは絶縁してメタライズし前記面Cを前記ヒートシンクの一つの面D上に固定された直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの面B上に固定され前記上面電極と前記ヒートシンクの面Dとが約90°以下の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、前記面Dを外部電極として当該外部電極Dと半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置。
【請求項4】 請求項3に記載の半導体レーザ装置において、前記直方体状の金属製ヒートシンクに段差を設け、前記サブキャリアを前記ヒートシンクの下段表面に固定し、前記半導体レーザ素子の上面電極と前記ヒートシンクの上段表面とを金属ワイヤ等で電気的に接続したことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項5】 L字内側底面をメタライズし前記L字内側底面とは電気的に絶縁してかつL字内側側面とL字外側底面とが導通するようにメタライズされた絶縁物であるL字型サブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアのL字内側底面上に固定され上面電極と前記ヒートシンクのL字内側側面とが約90°以内の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、前記L字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置。
【請求項6】 L字内側底面をメタライズし前記L字内側底面とは電気的に絶縁状態で前記L字内側側面とL字上面とが導通するようにメタライズされた絶縁物であるL字型サブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアのL字内側底面上に固定され上面電極と前記L字内側側面とが約90°以内の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、前記L字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置。
【請求項7】 請求項2ないし6のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置において、前記金属ワイヤと外部電極とを溶接固定する際に前記金属ワイヤの先端を位置決めするための溝を前記外部電極の表面に設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
【請求項8】 金属製のコの字型ヒートシンクと、下面を前記ヒートシンクのコの字内側底面に固定され上面および下面をメタライズされた直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの上面に固定された半導体レーザ素子とからなり、前記ヒートシンクのコの字内側上面の下に近接して位置する前記半導体レーザ素子の上面電極と前記ヒートシンクのコの字内側上面との間を固定材で電気的に接続した半導体レーザ装置。
【請求項9】 請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体レーザ装置と、前記半導体レーザ装置に電力を供給する手段と、前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を外部に接続された光ファイバに導く光学系とからなる光送信装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置に係り、特に、半導体レーザ素子の実装構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の半導体レーザ装置の実装構造の一例を示す図である。従来の半導体レーザ装置においては、半導体レーザ素子1の上面電極3と外部電極13とが、同一平面上に設置され、ボンディングワイヤ5により接続されていた。この種の従来技術を示す文献としては、伊藤良一,中村道治共著 『半導体レーザ』(培風館 1989/4/25発行 p.232.236参照)等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、半導体レーザ素子1の電極3と外部電極13とを同一平面上に設置した状態で、ボンディングワイヤ5により接続してあるため、両電極3と13との間のボンディングワイヤ5が長くなり、寄生インダクタンスが大きく、高周波特性が悪いという問題があった。
【0004】本発明の目的は、ボンディングワイヤが長いことに起因する寄生インダクタンスを減らした半導体レーザ装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達成するために、半導体レーザ素子の上面電極と外部電極とを約90゜以下の角度をなすように設置し、上面電極と外部電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置を提案するものである。
【0006】本発明は、上記目的を達成するために、より具体的には、金属製のL字型ヒートシンクと、上面および下面をメタライズされ下面をヒートシンクのL字内側底面に固定された直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアの上面に固定され上面電極とヒートシンクのL字内側側面とが約90゜以下の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、ヒートシンクのL字内側側面を外部電極としてこの外部電極と半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置を提案するものである。
【0007】本発明は、また、上記目的を達成するために、直方体状の金属製ヒートシンクと、一つの面Aとこの面Aに隣接する一つの面Bとをメタライズにより導通させ面Aの裏面Cを面A,Bとは絶縁してメタライズし面Cをヒートシンクの一つの面D上に固定された直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアの面B上に固定され上面電極とヒートシンクの面Dとが約90°以下の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、面Dを外部電極としてこの外部電極Dと半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置を提案するものである。
【0008】この直方体状の金属性ヒートシンクの場合は、ヒートシンクに段差を設け、サブキャリアをヒートシンクの下段表面に固定し、半導体レーザ素子の上面電極とヒートシンクの上段表面とを金属ワイヤ等で電気的に接続することもできる。
【0009】本発明は、さらに、上記目的を達成するために、L字内側底面をメタライズしL字内側底面とは電気的に絶縁してかつL字内側側面とL字外側底面とが導通するようにメタライズされた絶縁物であるL字型サブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアのL字内側底面上に固定され上面電極とヒートシンクのL字内側側面とが約90°以内の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、L字内側側面を外部電極としてこの外部電極と半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置を提案するものである。
【0010】本発明は、上記目的を達成するために、L字内側底面をメタライズしL字内側底面とは電気的に絶縁状態でL字内側側面とL字上面とが導通するようにメタライズされた絶縁物であるL字型サブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアのL字内側底面上に固定され上面電極とL字内側側面とが約90°以内の角度をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、L字内側側面を外部電極としてこの外部電極と半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置を提案するものである。
【0011】上記いずれの場合も、金属ワイヤと外部電極とを溶接固定する際に金属ワイヤの先端を位置決めするための溝を外部電極の表面に設けてもよい。
【0012】本発明は、また、上記目的を達成するために、金属製のコの字型ヒートシンクと、下面をヒートシンクのコの字内側底面に固定され上面および下面をメタライズされた直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアの上面に固定された半導体レーザ素子とからなり、ヒートシンクのコの字内側上面の下に近接して位置する半導体レーザ素子の上面電極とヒートシンクのコの字内側上面との間を固定材で電気的に接続した半導体レーザ装置を提案するものである。
【0013】上記いずれかの半導体レーザ装置と、半導体レーザ装置に電力を供給する手段と、半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を外部に接続された光ファイバに導く光学系を組み合わせれば、本発明独自の光送信装置が得られる。
【0014】
【作用】図1は、本発明による半導体レーザ装置の実装構造の基本的考え方を示す図である。本発明においては、半導体レーザ素子1の上面電極3と外部電極13が、最大でも直角程度以下の角度をなすように、半導体レーザ素子1と外部電極13とを配置して固定し、上面電極3と外部電極13との間をボンディングワイヤ5等で接続する。
【0015】また、半導体レーザ素子をサブキャリア上に固定する方式を採用した場合は、半導体レーザ素子およびサブキャリアを、例えばコの字型のヒートシンクの内側に載せ、半導体レーザ素子の上面電極とその上に近接するヒートシンクのコの字内側の面との間をはんだ等で接続する方式も採用する。
【0016】このようにすると、半導体レーザ素子の電極と外部電極との間の接続距離を従来の構造よりもはるかに短くできるので、寄生インダクタンスが減少し、高周波特性が向上する。
【0017】
【実施例】次に、図3〜図12を参照して、本発明による半導体レーザ装置の実施例を説明する。これらの実施例は、特に高周波特性が重要となる高速光通信用半導体レーザ素子の実装構造に関するものであるが、他の用途の半導体レーザ装置に対しても本発明が有効であることは、いうまでもない。
【0018】図3は、本発明による半導体レーザ装置の第1実施例の実装構造を示す斜視図である。本実施例では、半導体レーザ素子1をサブキャリア4の上面7に固定してある。サブキャリア4は、例えば長さ0.6mm×幅0.4mm×厚さ0.3mmの大きさのSiC,アルミナ等の熱伝導性の良いセラミック材からなる。サブキャリア4の上面7とここでは見えない下面とは、厚さ2μmのNiめっきおよび厚さ1.5μmのめっきによりメタライズし、コバール製のL字型ヒートシンク6の内側底面に銀ろうまたははんだで固定してある。ヒートシンク6のL字内側側面には、ボンディングワイヤ5の先端を位置決めし固定するための溝8を予め形成してある。
【0019】図4は、第1実施例の半導体レーザ装置の組立て手順の前半を示す図である。サブキャリア4の上面7に、Au/SnまたはPb/Sn等のはんだを用いて、例えば長さ0.3mm×幅0.3mm×厚さ0.1mmの半導体レーザ素子1を固定する。その後、ワイヤボンダ10により、半導体レーザ素子1の上面電極3にAuのワイヤ5をボンディングする。
【0020】図5は、第1実施例の半導体レーザ装置の組立て手順の後半を示す図である。一端を半導体レーザ素子1の上面電極3に固定され直立しているボンディングワイヤ5を曲げ、ヒートシンク6の溝8内に通し、ワイヤ5とヒートシンク6とを溶接用レーザ光12により溶接して接続し、作業を完了する。
【0021】ワイヤ5とヒートシンク6との接続は、ボンディングやはんだ付けでもできるが、その場合は、ヒートシンク6をヒートブロック等で温める必要があるので、レーザ溶接に比べて、生産効率が低い。
【0022】図6は、本発明による半導体レーザ装置の第2実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例においては、ヒートシンク6をL字型ではなく、製作の容易な直方体とし、サブキャリア4と接合してある。
【0023】図7は、本発明による半導体レーザ装置の第3実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例においては、図6実施例のヒートシンク6に段差を設け、サブキャリア4を下段に固定し、ボンディングワイヤ5を前記段差の上段に固定してある。図7の実施例は、図6の実施例に比べて、ボンディングワイヤ5の長さをさらに短くできる。
【0024】図8は、本発明による半導体レーザ装置の第4実施例の実装構造を示す正面図である。SiC,アルミナ等の熱伝導性の良いセラミック材でL字型サブキャリア4を作ることは、図3の実施例と同じである。
【0025】しかし、本実施例においては、上面7のみならず、表面14もメタライズして電気線路を形成し、半導体レーザ素子1およびボンディングワイヤ5をメタライズされた面上に固定してあるので、金属製ヒートシンク6を省き、部品点数を減らすことができる。
【0026】図9は、本発明による半導体レーザ装置の第5実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例のように、図8の実施例からメタライズパターンを変えると、半導体レーザ素子1の上面とサブキャリア4の底面メタライズパターン16とを分離し、底面メタライズパターン16を他の構造物への固定に利用することも可能である。
【0027】図10は、本発明による半導体レーザ装置の第6実施例の実装構造を示す斜視図であり、図11は、図10の実施例の正面図である。本実施例においては、コの字型ヒートシンク6を用い、半導体レーザ素子1の上面電極3とヒートシンク6のコの字内側上面とを例えば間隙0.1mm以内に近接させ、その間隙をはんだ15により接続してある。したがって、接続部分の長さをより一層短縮できる。
【0028】図12は、本発明による半導体レーザ装置を搭載した光送信装置の内部構造を示す断面図である。すなわち、上記いずれかの半導体レーザ装置をパッケージに組み込んで、光通信用の光送信装置を実現する実施例を示している。本実施例において、半導体レーザ装置17から発射されるレーザ光27は、レンズ19によりコリメートされ、光アイソレータ22を通過し、レンズ20で集光され、光ファイバ18に入射する。なお、図において、21は気密封止ガラス板、23はモニタ用フォトダイオード、24は温度を制御する電子冷却装置、25はケース、26は気密封止キャップであり、ケース25内は例えば窒素ガスで気密封止されている。また、図12の半導体レーザ装置17は、例えば図3の左側から見た向きで、電子冷却装置24に搭載されている。
【0029】本実施例においても、半導体レーザ素子と外部電極との間の接続長を従来装置よりも大幅に短くできるので、寄生インダクタンスが減少し、高周波特性が良くなる。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子と外部電極との間の接続長を従来装置よりも短くできるため、寄生インダクタンスが減少し、高周波特性が改良された半導体レーザ装置が得られる。




 

 


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