JP2001135886A - 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュールおよびファイバーモジュール - Google Patents
半導体レーザ素子、半導体レーザモジュールおよびファイバーモジュールInfo
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- JP2001135886A JP2001135886A JP2000254328A JP2000254328A JP2001135886A JP 2001135886 A JP2001135886 A JP 2001135886A JP 2000254328 A JP2000254328 A JP 2000254328A JP 2000254328 A JP2000254328 A JP 2000254328A JP 2001135886 A JP2001135886 A JP 2001135886A
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- G02B6/4251—Sealed packages
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- G02B6/428—Electrical aspects containing printed circuit boards [PCB]
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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- G02B6/4286—Optical modules with optical power monitoring
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力で長期にわたって信頼性の高い半導体
レーザ素子、半導体レーザモジュールおよびファイバー
モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体基板とその上に形成された化合物
半導体層からなる半導体レーザチップがＣｕＷからなる
ベース基板の面上にジャンクションダウンで固着され、
該ベース基板の前記面上に電気絶縁部と前記電気絶縁部
によりベース基板から絶縁された導電部からなる中継部
が設けられ、半導体レーザチップの基板と前記導電部と
の間が電気的接続がなされている半導体レーザ素子。
レーザ素子、半導体レーザモジュールおよびファイバー
モジュールを提供する。 【解決手段】 半導体基板とその上に形成された化合物
半導体層からなる半導体レーザチップがＣｕＷからなる
ベース基板の面上にジャンクションダウンで固着され、
該ベース基板の前記面上に電気絶縁部と前記電気絶縁部
によりベース基板から絶縁された導電部からなる中継部
が設けられ、半導体レーザチップの基板と前記導電部と
の間が電気的接続がなされている半導体レーザ素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を用いた通信、
加工、計測に好適な高出力半導体レーザの実装に関す
る。
加工、計測に好適な高出力半導体レーザの実装に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、高出力の半導体レーザは、光出力
を容易かつ安全に取り扱うことを目的として、半導体レ
ーザからの光出力を光ファイバーにカップリングするよ
うに構成されたいわゆるファイバーモジュールとして提
供される。
を容易かつ安全に取り扱うことを目的として、半導体レ
ーザからの光出力を光ファイバーにカップリングするよ
うに構成されたいわゆるファイバーモジュールとして提
供される。
【０００３】このファイバーモジュールは、内部に半導
体レーザチップのほかにも温度調節用のペルチェ素子、
光出力モニタ用のフォトダイオード、温度測定用のサー
ミスタなどが実装されている。
体レーザチップのほかにも温度調節用のペルチェ素子、
光出力モニタ用のフォトダイオード、温度測定用のサー
ミスタなどが実装されている。
【０００４】これらの実装方法として、大きく分けて２
通りの構造が採用されている。第一の構造は図６に示す
ように、半導体レーザチップ２１から出射されたレーザ
光がレンズ２３、２４を介して入射端２５ａを有する光
ファイバー２５にカップリングする方式のファイバーモ
ジュールに主に用いられているもので、半導体レーザチ
ップ２１がヒートシンク２２の上に実装された、いわゆ
るオープンヒートシンクと呼ばれるものを温度調節用の
ペルチェ素子２９の上に搭載し、フォトダイオード２６
やサーミスタ２７などの部品が実装された別の基板２８
がペルチェ素子２９に搭載されている。
通りの構造が採用されている。第一の構造は図６に示す
ように、半導体レーザチップ２１から出射されたレーザ
光がレンズ２３、２４を介して入射端２５ａを有する光
ファイバー２５にカップリングする方式のファイバーモ
ジュールに主に用いられているもので、半導体レーザチ
ップ２１がヒートシンク２２の上に実装された、いわゆ
るオープンヒートシンクと呼ばれるものを温度調節用の
ペルチェ素子２９の上に搭載し、フォトダイオード２６
やサーミスタ２７などの部品が実装された別の基板２８
がペルチェ素子２９に搭載されている。
【０００５】ところが、特に近年開発が盛んなＥＤＦＡ
（Erbium doped fib er amplifier）用の励起用半導体
レーザとしてＩｎＧａＡｓを活性層に用いたＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ系高出力レーザの場合、出射ビームの偏平
率が大きいのでレンズカップリングには不向きであり、
これについて、先端を加工した光ファイバーにダイレク
トにカップリングする方式が試みられている。
（Erbium doped fib er amplifier）用の励起用半導体
レーザとしてＩｎＧａＡｓを活性層に用いたＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓ系高出力レーザの場合、出射ビームの偏平
率が大きいのでレンズカップリングには不向きであり、
これについて、先端を加工した光ファイバーにダイレク
トにカップリングする方式が試みられている。
【０００６】この場合、ファイバーモジュールの内部で
はカップリングのために多くのスペースが割かれ、半導
体レーザをより効率的に実装するために次の第二の方法
が試みられている。
はカップリングのために多くのスペースが割かれ、半導
体レーザをより効率的に実装するために次の第二の方法
が試みられている。
【０００７】この方法では、半導体レーザは、よりコン
パクトなＣＯＣ(Chip on Carrier)と呼ばれる形態で実
装され、配線用にパターニングされた基板の上にフォト
ダイオードやサーミスタと同一平面上に実装されてお
り、一層の集約化が図られている。
パクトなＣＯＣ(Chip on Carrier)と呼ばれる形態で実
装され、配線用にパターニングされた基板の上にフォト
ダイオードやサーミスタと同一平面上に実装されてお
り、一層の集約化が図られている。
【０００８】このＣＯＣについて、図７を用いてさらに
詳細に記述する。半導体レーザチップ２１は半導体レー
ザチップより一回り大きな絶縁性のベース基板３０に半
田固着される。このベース基板には導電層でパターニン
グされたアイランド３１、３２が形成されており、半導
体レーザチップ２１の固着された面と反対側の面から、
通電用のワイヤー配線３３がアイランド３２へ接続され
ている。
詳細に記述する。半導体レーザチップ２１は半導体レー
ザチップより一回り大きな絶縁性のベース基板３０に半
田固着される。このベース基板には導電層でパターニン
グされたアイランド３１、３２が形成されており、半導
体レーザチップ２１の固着された面と反対側の面から、
通電用のワイヤー配線３３がアイランド３２へ接続され
ている。
【０００９】この形態をとることにより、半導体レーザ
はＣＯＣのままで特性評価、スクリーニングテストなど
を容易に行うことができ、十分な評価を行った後にファ
イバーモジュール内部に半田固着などにより実装するこ
とが出来る。
はＣＯＣのままで特性評価、スクリーニングテストなど
を容易に行うことができ、十分な評価を行った後にファ
イバーモジュール内部に半田固着などにより実装するこ
とが出来る。
【００１０】上記の目的から、ＣＯＣのベース基板３０
は導電性のパターニングが可能な絶縁体、一般的には酸
化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックが
用いられる。
は導電性のパターニングが可能な絶縁体、一般的には酸
化アルミニウムや窒化アルミニウムなどのセラミックが
用いられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】さて、このような実装
方法は、半導体レーザの出力が横単一モードで１０ｍＷ
程度のものでは、特に問題がなく用いることができた。
しかし本願発明者らが半導体レーザの高出力化を図って
いくにしたがって、従来の実装方法では長期にわたる信
頼性に欠けることが分かってきた。
方法は、半導体レーザの出力が横単一モードで１０ｍＷ
程度のものでは、特に問題がなく用いることができた。
しかし本願発明者らが半導体レーザの高出力化を図って
いくにしたがって、従来の実装方法では長期にわたる信
頼性に欠けることが分かってきた。
【００１２】本発明は、高出力で長期にわたって信頼性
の高い半導体レーザ素子、半導体レーザモジュールおよ
びファイバーモジュールを提供することを目的とする。
の高い半導体レーザ素子、半導体レーザモジュールおよ
びファイバーモジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者らは高出力で発
振する半導体レーザが長期にわたって安定して発振する
半導体レーザの実装方法を研究して本発明に至った。
振する半導体レーザが長期にわたって安定して発振する
半導体レーザの実装方法を研究して本発明に至った。
【００１４】本発明は、ＣｕＷ薄板状のベース基板上に
半導体レーザチップがジャンクションダウン実装され、
該ベース基板の同じ面にベース基板と絶縁された導電部
を有する中継部が形成され、半導体レーザチップと該中
継部との間に電気的接続がなされていることを特徴とす
る半導体レーザ素子である。ここで半導体レーザチップ
とは、半導体基板上に活性層を含む化合物半導体層が形
成されたものをいう。
半導体レーザチップがジャンクションダウン実装され、
該ベース基板の同じ面にベース基板と絶縁された導電部
を有する中継部が形成され、半導体レーザチップと該中
継部との間に電気的接続がなされていることを特徴とす
る半導体レーザ素子である。ここで半導体レーザチップ
とは、半導体基板上に活性層を含む化合物半導体層が形
成されたものをいう。
【００１５】半導体レーザの高出力化のためには、レー
ザ発振に伴い発生する熱を効率よく半導体レーザチップ
から放出する必要がある。このためには、半導体レーザ
チップを、従来用いられている活性層が積層されている
側の面と逆側の基板側の面をベース基板に半田で固定す
るジャンクションアップから、活性層が積層されている
側の面をベース基板に固着するジャンクションダウンに
し、熱を生じる活性層をよりベース基板に近接した状態
にすることにより、半導体レーザチップからの熱放散を
促す方法がよい。ところが、従来のベース基板に用いら
れているセラミックスと半導体レーザ材料（ＧａＡｓ
等）との熱膨張率が異なるため、半田で固定の際に大き
な残留応力が生じ、半導体レーザを高出力化していくと
長期の信頼性への悪影響が顕著になることが分ってき
た。このため、特に信頼性を重要視する用途に関して
は、半導体レーザチップをジャンクションダウン実装す
ることはできず、高出力化に関して大きな障害となるこ
とをみいだした。
ザ発振に伴い発生する熱を効率よく半導体レーザチップ
から放出する必要がある。このためには、半導体レーザ
チップを、従来用いられている活性層が積層されている
側の面と逆側の基板側の面をベース基板に半田で固定す
るジャンクションアップから、活性層が積層されている
側の面をベース基板に固着するジャンクションダウンに
し、熱を生じる活性層をよりベース基板に近接した状態
にすることにより、半導体レーザチップからの熱放散を
促す方法がよい。ところが、従来のベース基板に用いら
れているセラミックスと半導体レーザ材料（ＧａＡｓ
等）との熱膨張率が異なるため、半田で固定の際に大き
な残留応力が生じ、半導体レーザを高出力化していくと
長期の信頼性への悪影響が顕著になることが分ってき
た。このため、特に信頼性を重要視する用途に関して
は、半導体レーザチップをジャンクションダウン実装す
ることはできず、高出力化に関して大きな障害となるこ
とをみいだした。
【００１６】本発明において、ＣｕＷ（銅−タングステ
ン）は熱膨張率が半導体レーザの材質であるＧａＡｓに
非常に近いので、半田固定の際の温度変化に対しても残
留応力をほぼ無くすことができるので高信頼性を確保す
ることが可能である。
ン）は熱膨張率が半導体レーザの材質であるＧａＡｓに
非常に近いので、半田固定の際の温度変化に対しても残
留応力をほぼ無くすことができるので高信頼性を確保す
ることが可能である。
【００１７】この効果は、特に高出力化のために半導体
レーザの共振器長を長くした場合に顕著となる。なんと
なれば、熱膨張率の差による残留応力は、結合部の長さ
に比例するためで、具体的には一般的に用いられている
７５０μｍより長くなる場合、さらに詳しくは１．５ｍ
ｍ以上となる場合にこの効果は顕著となる。
レーザの共振器長を長くした場合に顕著となる。なんと
なれば、熱膨張率の差による残留応力は、結合部の長さ
に比例するためで、具体的には一般的に用いられている
７５０μｍより長くなる場合、さらに詳しくは１．５ｍ
ｍ以上となる場合にこの効果は顕著となる。
【００１８】また、ベース基板自体が導電性を有するこ
とにより、従来の絶縁体基板のうえに配線をパターニン
グしたものと比較して高い導電性を確保することが可能
なので、高出力化に伴う駆動電流の増加時に問題となる
ジュールロスを低減することが可能である。この半導体
レーザ素子は、半導体レーザモジュールに実装する前に
バーンインテストを行って初期不良品を選別することが
できる。
とにより、従来の絶縁体基板のうえに配線をパターニン
グしたものと比較して高い導電性を確保することが可能
なので、高出力化に伴う駆動電流の増加時に問題となる
ジュールロスを低減することが可能である。この半導体
レーザ素子は、半導体レーザモジュールに実装する前に
バーンインテストを行って初期不良品を選別することが
できる。
【００１９】バーンインテストでは、素子はプローブな
どにより圧着固定されるが、従来はセラミック基板であ
ったため圧着力により欠けや割れが生じることがあっ
た。この点についても基板が金属になったことで、こう
した基板破損のおそれがなくなり、強い力で固定するこ
とが可能になり、しかも良好な熱接触および電気接触が
得られるようになった。
どにより圧着固定されるが、従来はセラミック基板であ
ったため圧着力により欠けや割れが生じることがあっ
た。この点についても基板が金属になったことで、こう
した基板破損のおそれがなくなり、強い力で固定するこ
とが可能になり、しかも良好な熱接触および電気接触が
得られるようになった。
【００２０】図８は、バーンインテストの結果の一例を
示すグラフであり、図８（ａ）は窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）のベース基板を用いたサンプルで、図８（ｂ）は
ＣｕＷのベース基板を用いたサンプルである。各サンプ
ルは、半導体レーザチップをジャンクションダウンでＡ
ｌＮ基板およびＣｕＷ基板の上にＡｕＳｎハンダを用い
て固定したものである。テスト条件として、雰囲気温度
５０℃の中でレーザ出力が３００ｍＷで一定となるよう
にレーザ電流をコントロールした状態で、電流値の時間
変化を調べた。なお、初期の電流値はいずれも同じ値で
ある。各グラフのサンプル数はいずれも８個である。
示すグラフであり、図８（ａ）は窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）のベース基板を用いたサンプルで、図８（ｂ）は
ＣｕＷのベース基板を用いたサンプルである。各サンプ
ルは、半導体レーザチップをジャンクションダウンでＡ
ｌＮ基板およびＣｕＷ基板の上にＡｕＳｎハンダを用い
て固定したものである。テスト条件として、雰囲気温度
５０℃の中でレーザ出力が３００ｍＷで一定となるよう
にレーザ電流をコントロールした状態で、電流値の時間
変化を調べた。なお、初期の電流値はいずれも同じ値で
ある。各グラフのサンプル数はいずれも８個である。
【００２１】図８（ａ）のグラフを見ると、１００時間
を経過するまでに３個のサンプルのレーザ電流が増加し
て劣化してしまい、４００時間前後で２個のサンプルが
劣化し、残り３個についても電流の増加傾向が見られ
る。これに対して図８（ｂ）のグラフを見ると、８個の
サンプルともレーザ電流の増加はわずかであり、６００
時間を経過してもほとんど劣化していないことが判る。
を経過するまでに３個のサンプルのレーザ電流が増加し
て劣化してしまい、４００時間前後で２個のサンプルが
劣化し、残り３個についても電流の増加傾向が見られ
る。これに対して図８（ｂ）のグラフを見ると、８個の
サンプルともレーザ電流の増加はわずかであり、６００
時間を経過してもほとんど劣化していないことが判る。
【００２２】このような半導体レーザ素子は、半導体レ
ーザモジュールに表面実装される。すなわち半導体レー
ザチップを搭載したベース基板を半田で配線基板の所定
位置に固着し、この配線基板にはレーザ出力をモニター
するフォトダイオードや温度をモニターするサーミスタ
などの部品を一緒に実装した半導体レーザモジュールと
したり、さらにこの半導体レーザモジュール中の半導体
レーザチップの出力端面に光ファイバーの入力端を近接
させてファイバーモジュールとすることもできる。ここ
で、中継部には、電気的接続を行う面をメタライズした
アルミナ（Ａｌ 2Ｏ3や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など
のセラミック基板を用いることが可能である。この場
合、セラミック基板の厚さを半導体レーザチップの厚さ
に概略等しくすることにより、ワイヤーボンディングの
両端部の高低差を無くすことが出きるため、歩留まりが
向上し、また電気的特性も改善される。
ーザモジュールに表面実装される。すなわち半導体レー
ザチップを搭載したベース基板を半田で配線基板の所定
位置に固着し、この配線基板にはレーザ出力をモニター
するフォトダイオードや温度をモニターするサーミスタ
などの部品を一緒に実装した半導体レーザモジュールと
したり、さらにこの半導体レーザモジュール中の半導体
レーザチップの出力端面に光ファイバーの入力端を近接
させてファイバーモジュールとすることもできる。ここ
で、中継部には、電気的接続を行う面をメタライズした
アルミナ（Ａｌ 2Ｏ3や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）など
のセラミック基板を用いることが可能である。この場
合、セラミック基板の厚さを半導体レーザチップの厚さ
に概略等しくすることにより、ワイヤーボンディングの
両端部の高低差を無くすことが出きるため、歩留まりが
向上し、また電気的特性も改善される。
【００２３】また、中継部の別形態として、ベース基板
の一部に絶縁膜を蒸着やペーストで塗布するなどして形
成し、かかる絶縁膜上に金属膜を蒸着やペースト塗布で
形成したものとすることもできる。この場合、中継部の
形成をバッチ処理で行うことができるため、工程を簡略
化することが可能である。なおベース基板に用いるＣｕ
Ｗ中のＣｕの比率は１ｗｔ％から２０ｗｔ％の範囲が好
ましく、ＧａＡｓ基板を用いる場合は１０ｗｔ％から２
０ｗｔ％の範囲が、ＧａＡｓ基板と熱膨張率が近くなる
のでより好ましい。
の一部に絶縁膜を蒸着やペーストで塗布するなどして形
成し、かかる絶縁膜上に金属膜を蒸着やペースト塗布で
形成したものとすることもできる。この場合、中継部の
形成をバッチ処理で行うことができるため、工程を簡略
化することが可能である。なおベース基板に用いるＣｕ
Ｗ中のＣｕの比率は１ｗｔ％から２０ｗｔ％の範囲が好
ましく、ＧａＡｓ基板を用いる場合は１０ｗｔ％から２
０ｗｔ％の範囲が、ＧａＡｓ基板と熱膨張率が近くなる
のでより好ましい。
【００２４】本発明の効果を顕著にするには、半導体レ
ーザチップが横単一モード発振する最大出力が３００ｍ
Ｗ以上であることが好ましい。この最大出力すなわち横
単一モードがくずれて横マルチモードになる出力は、注
入電流―光出力（Ｉ−Ｌ）特性でキンクが現れる点から
求まる。
ーザチップが横単一モード発振する最大出力が３００ｍ
Ｗ以上であることが好ましい。この最大出力すなわち横
単一モードがくずれて横マルチモードになる出力は、注
入電流―光出力（Ｉ−Ｌ）特性でキンクが現れる点から
求まる。
【００２５】このような半導体レーザチップは、活性層
と上下の導波層との間にそれぞれキャリアブロック層が
設けられていることが好ましい。このキャリアブロック
層は活性層で発光した光が導波層へもれるだけの薄さ
で、かつ反対側から活性層に注入されたキャリアは導波
層側へあふれないような厚さとエネルギー準位を有して
いる。この構造により導波モードが導波層にまで十分に
広がるので、導波モードの尖頭値をさげて大きなレーザ
出力が得られる。
と上下の導波層との間にそれぞれキャリアブロック層が
設けられていることが好ましい。このキャリアブロック
層は活性層で発光した光が導波層へもれるだけの薄さ
で、かつ反対側から活性層に注入されたキャリアは導波
層側へあふれないような厚さとエネルギー準位を有して
いる。この構造により導波モードが導波層にまで十分に
広がるので、導波モードの尖頭値をさげて大きなレーザ
出力が得られる。
【００２６】あるいは半導体レーザチップはキャリアブ
ロック層が形成されていなくても、活性層がエネルギギ
ャップが小さい井戸により形成されていて導波層を大き
くできる構造であることが好ましい。これにより導波モ
ードの尖頭値をさげて大きなレーザ出力が得られる。
ロック層が形成されていなくても、活性層がエネルギギ
ャップが小さい井戸により形成されていて導波層を大き
くできる構造であることが好ましい。これにより導波モ
ードの尖頭値をさげて大きなレーザ出力が得られる。
【００２７】
【実施例１】図１には、本発明に関する好ましい実施例
を示す。半導体レーザチップ２は、ＧａＡｓ基板の上に
ＩｎＧａＡｓを活性層に含む化合物半導体結晶層が形成
されており、ストライプ幅が４μｍで単一横モード発振
するように設計されている。そしてこの半導体レーザチ
ップはベース基板３に搭載されている。ベース基板３は
Ｃｕ10Ｗ90からなり、全面にはＮｉ／Ａｕの２層メッキ
によるコーティング膜（図示せず）が形成されている。
またベース基板の同じ面には、ＡｌＮ板とその上面にＡ
ｕメッキによる導電膜８を有する板状の中継部４が、Ａ
ｕＳｎ半田を用いて固着されている。半導体レーザチッ
プは、このベース基板３のＮｉ／Ａｕメッキ上にＡｕＳ
ｎ半田を用いて固着されている。その固定方法は、半導
体レーザチップのＧａＡｓ基板上に形成された化合物半
導体層側がベース基板に固着されるいわゆるジャンクシ
ョンダウンである。これにより化合物半導体層とベース
基板とは直接電気接続がなされている。半導体レーザチ
ップ２のＧａＡｓ基板面と中継部のＡｕメッキされた導
電膜８との間は、通電のためのワイヤー６でワイヤーボ
ンディングされている。
を示す。半導体レーザチップ２は、ＧａＡｓ基板の上に
ＩｎＧａＡｓを活性層に含む化合物半導体結晶層が形成
されており、ストライプ幅が４μｍで単一横モード発振
するように設計されている。そしてこの半導体レーザチ
ップはベース基板３に搭載されている。ベース基板３は
Ｃｕ10Ｗ90からなり、全面にはＮｉ／Ａｕの２層メッキ
によるコーティング膜（図示せず）が形成されている。
またベース基板の同じ面には、ＡｌＮ板とその上面にＡ
ｕメッキによる導電膜８を有する板状の中継部４が、Ａ
ｕＳｎ半田を用いて固着されている。半導体レーザチッ
プは、このベース基板３のＮｉ／Ａｕメッキ上にＡｕＳ
ｎ半田を用いて固着されている。その固定方法は、半導
体レーザチップのＧａＡｓ基板上に形成された化合物半
導体層側がベース基板に固着されるいわゆるジャンクシ
ョンダウンである。これにより化合物半導体層とベース
基板とは直接電気接続がなされている。半導体レーザチ
ップ２のＧａＡｓ基板面と中継部のＡｕメッキされた導
電膜８との間は、通電のためのワイヤー６でワイヤーボ
ンディングされている。
【００２８】従来のベース基板での電気抵抗は１オーム
程度だったのに対して、本発明に用いるベース基板での
電気抵抗は約０．１オーム程度低減でき、高出力発振を
可能としている。またベース基板に搭載した半導体レー
ザ素子は波長が０．９８μｍで、図５に示す注入電流−
光出力特性を有し、出力が７００ｍＷまで横単一モード
発振する。この半導体レーザ素子は高温で長期動作をさ
せても特性の変動はなかった。またこの実施例の場合、
中継部の厚さを半導体レーザチップの厚さとほぼ同じに
して、ワイヤーのボンディング高さをほぼ同じにするこ
とにより、ボンディングがしやすくかつその信頼性も高
くなる。
程度だったのに対して、本発明に用いるベース基板での
電気抵抗は約０．１オーム程度低減でき、高出力発振を
可能としている。またベース基板に搭載した半導体レー
ザ素子は波長が０．９８μｍで、図５に示す注入電流−
光出力特性を有し、出力が７００ｍＷまで横単一モード
発振する。この半導体レーザ素子は高温で長期動作をさ
せても特性の変動はなかった。またこの実施例の場合、
中継部の厚さを半導体レーザチップの厚さとほぼ同じに
して、ワイヤーのボンディング高さをほぼ同じにするこ
とにより、ボンディングがしやすくかつその信頼性も高
くなる。
【００２９】図４はこの半導体レーザ素子を配線基板上
に実装した様子を示す。半導体レーザチップ２を搭載し
た半導体レーザ素子１は配線基板の所定の位置に半田で
固定される。導電膜８と配線基板の導電配線パターン１
３とはワイヤ１２で電気接続される。この配線基板に
は、半導体レーザチップからの出力をモニターするフォ
トダイオード１１やサーミスタ１０を同時に実装でき
る。さらにこの半導体レーザ素子をファイバーモジュー
ルに実装した状態を図３に示す。このファイバーモジュ
ールは、一部を保護管１６に収められた光ファイバー１
４も入力端を支持台１７で固定して、半導体レーザチッ
プの出射端面に近接している。光ファイバー１４の入力
端はウェッジ状に加工されている。配線基板９と光ファ
イバーの支持台１７はペルチェ素子を備えた基台１８の
上に固定され、全体をケース１５に収めてファイバーモ
ジュールとなる。
に実装した様子を示す。半導体レーザチップ２を搭載し
た半導体レーザ素子１は配線基板の所定の位置に半田で
固定される。導電膜８と配線基板の導電配線パターン１
３とはワイヤ１２で電気接続される。この配線基板に
は、半導体レーザチップからの出力をモニターするフォ
トダイオード１１やサーミスタ１０を同時に実装でき
る。さらにこの半導体レーザ素子をファイバーモジュー
ルに実装した状態を図３に示す。このファイバーモジュ
ールは、一部を保護管１６に収められた光ファイバー１
４も入力端を支持台１７で固定して、半導体レーザチッ
プの出射端面に近接している。光ファイバー１４の入力
端はウェッジ状に加工されている。配線基板９と光ファ
イバーの支持台１７はペルチェ素子を備えた基台１８の
上に固定され、全体をケース１５に収めてファイバーモ
ジュールとなる。
【００３０】
【実施例２】図２には、本発明に関する好ましい別の実
施例を示す。半導体レーザチップ２は実施例１と同様
に、ベース基板３にジャンクションダウンで搭載されて
いる。ここでベース基板３の上面の一部に、ＳｉＯ2 か
らなる絶縁膜７と、ベース基板と絶縁されてＡｕからな
る導電膜８とがこの順に積層されてなる中継部４が形成
されている。半導体レーザチップ２の基板面からは、通
電のためのワイヤー６が、中継部４のＡｕ導電膜８にワ
イヤーボンディングされている。このような形態のＣＯ
Ｃでは、実施例１と同様の長期にわたる信頼性を有し、
さらに中継部の形成をベース基板への蒸着やペースト塗
布などのバッチ処理で行うことができるので生産性が向
上する。
施例を示す。半導体レーザチップ２は実施例１と同様
に、ベース基板３にジャンクションダウンで搭載されて
いる。ここでベース基板３の上面の一部に、ＳｉＯ2 か
らなる絶縁膜７と、ベース基板と絶縁されてＡｕからな
る導電膜８とがこの順に積層されてなる中継部４が形成
されている。半導体レーザチップ２の基板面からは、通
電のためのワイヤー６が、中継部４のＡｕ導電膜８にワ
イヤーボンディングされている。このような形態のＣＯ
Ｃでは、実施例１と同様の長期にわたる信頼性を有し、
さらに中継部の形成をベース基板への蒸着やペースト塗
布などのバッチ処理で行うことができるので生産性が向
上する。
【００３１】なお、本発明は記載されている実施例に限
定されるものではなく、例えば、半導体レーザチップの基
板材料としてＩｎＰその他の材料を用いる場合にも適用
できる。
定されるものではなく、例えば、半導体レーザチップの基
板材料としてＩｎＰその他の材料を用いる場合にも適用
できる。
【００３２】また、ＣｕＷ材料としては均質なもののほ
かに、その組成を連続的にまたは段階的に変化させた傾
斜材料を用いることができる。この場合、たとえばＣｕ
Ｗ材料のうち半導体レーザが実装される部分のみを他の
部分よりＣｕが多い材料を用いれば、よりＣｕに近い熱
伝導率、電気伝導率と、ＣｕＷに近い熱膨張率の両方を
享受できる。
かに、その組成を連続的にまたは段階的に変化させた傾
斜材料を用いることができる。この場合、たとえばＣｕ
Ｗ材料のうち半導体レーザが実装される部分のみを他の
部分よりＣｕが多い材料を用いれば、よりＣｕに近い熱
伝導率、電気伝導率と、ＣｕＷに近い熱膨張率の両方を
享受できる。
【００３３】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、半
導体レーザチップをジャンクションダウン実装しても残
留応力による劣化が無く、半導体レーザチップを実装し
た半導体レーザ素子として長期にわたり高い信頼性を得
ることができる。また、ＣｕＷベース基板の導電性によ
り、電気抵抗を従来と比較して低減することができる。
導体レーザチップをジャンクションダウン実装しても残
留応力による劣化が無く、半導体レーザチップを実装し
た半導体レーザ素子として長期にわたり高い信頼性を得
ることができる。また、ＣｕＷベース基板の導電性によ
り、電気抵抗を従来と比較して低減することができる。
【図１】実施例１の半導体レーザ素子を示す斜視図であ
る。
る。
【図２】実施例２の半導体レーザ素子を示す斜視図であ
る。
る。
【図３】本発明のファイバーモジュールの一例を示す斜
視図である。
視図である。
【図４】本発明の半導体レーザモジュールの一例を示す
斜視図である。
斜視図である。
【図５】実施例に用いた半導体レーザ素子の注入電流−
光出力特性図である。
光出力特性図である。
【図６】従来の半導体レーザ装置を示す図である。
【図７】従来の半導体レーザ素子を示す斜視図である。
【図８】バーンインテストの結果の一例を示すグラフで
あり、図８（ａ）は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のベー
ス基板を用いたサンプルで、図８（ｂ）はＣｕＷのベー
ス基板を用いたサンプルである。
あり、図８（ａ）は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のベー
ス基板を用いたサンプルで、図８（ｂ）はＣｕＷのベー
ス基板を用いたサンプルである。
１ 半導体レーザ素子 ２ 半導体レーザチップ ３ ベース基板 ４ 中継部 ５、８ 導電膜 ６ ワイヤー ７ 絶縁膜 ９ 配線基板 １０ サイリスタ １１ フォトダイオード １２ ワイヤー １３ 配線パターン １４ 光ファイバー １５ ケース １６ 保護管 １７ 支持台 １８ 基台 ２１ 半導体レーザチップ ２２ ヒートシンク ２３，２４ レンズ ２５ 光ファイバー ２６ フォトダイオード ２７ サイリスタ ２８ 基板 ２９ ペルチェ素子 ３０ ベース基板 ３１，３２ アイランド ３３ ワイヤー配線
Claims (8)
- 【請求項１】 半導体基板およびその上に形成された化
合物半導体層からなる半導体レーザチップと、 半導体レーザチップがジャンクションダウンで固着さ
れ、ＣｕＷからなるベース基板と、 ベース基板のチップ固着面上に設けられ、電気絶縁部と
該電気絶縁部によりベース基板から電気絶縁された導電
部とからなる中継部と、 半導体基板と導電部との間を電気的接続するための導電
線とを備えることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記中継部は、電気絶縁部がセラミック
板であり、導電部はセラミック板の面に形成された導電
層であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ
素子。 - 【請求項３】 前記中継部は、ベース基板のチップ固着
面の一部に形成された電気絶縁膜と、該電気絶縁膜上に
形成された導電膜とで構成されることを特徴とする請求
項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記半導体レーザチップは、横単一モー
ド発振時の最大出力が３００ｍＷ以上であることを特徴
とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レーザ素
子。 - 【請求項５】 前記半導体レーザチップの共振器長が、
１．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記半導体基板がＧａＡｓであることを
特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体レー
ザ素子。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の半導体
レーザ素子が、パターニングされた導電層を有する配線
基板の上に実装されたことを特徴とする半導体レーザモ
ジュール。 - 【請求項８】 請求項７記載の半導体レーザモジュール
の半導体レーザチップの出力端に近接して光ファイバー
の入力端が固定されていることを特徴とするファイバー
モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000254328A JP2001135886A (ja) | 1999-08-24 | 2000-08-24 | 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュールおよびファイバーモジュール |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23761299 | 1999-08-24 | ||
| JP11-237612 | 1999-08-24 | ||
| JP2000254328A JP2001135886A (ja) | 1999-08-24 | 2000-08-24 | 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュールおよびファイバーモジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001135886A true JP2001135886A (ja) | 2001-05-18 |
Family
ID=26533281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000254328A Pending JP2001135886A (ja) | 1999-08-24 | 2000-08-24 | 半導体レーザ素子、半導体レーザモジュールおよびファイバーモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001135886A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007142479A (ja) * | 2003-03-14 | 2007-06-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
| JP2013162031A (ja) * | 2012-02-07 | 2013-08-19 | Seiko Epson Corp | 発光素子モジュールおよび原子発振器 |
| JP2018056498A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 日亜化学工業株式会社 | 光源装置 |
| JP2018186289A (ja) * | 2018-07-05 | 2018-11-22 | セイコーエプソン株式会社 | 発光素子モジュールおよび原子発振器 |
-
2000
- 2000-08-24 JP JP2000254328A patent/JP2001135886A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007142479A (ja) * | 2003-03-14 | 2007-06-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
| JP2013162031A (ja) * | 2012-02-07 | 2013-08-19 | Seiko Epson Corp | 発光素子モジュールおよび原子発振器 |
| JP2018056498A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | 日亜化学工業株式会社 | 光源装置 |
| JP2018186289A (ja) * | 2018-07-05 | 2018-11-22 | セイコーエプソン株式会社 | 発光素子モジュールおよび原子発振器 |
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|---|---|---|---|
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|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080729 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080925 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090623 |