JP2001267674A - 半導体レーザ装置およびそのワイヤボンディング方法 - Google Patents

半導体レーザ装置およびそのワイヤボンディング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で製造工程を簡略化でき、2つの
半導体レーザ素子とモニタ用PDを小型パッケージに容
易に搭載できる半導体レーザ装置およびそのワイヤボン
ディング方法を提供する。 【解決手段】 複数のリードピン121〜124を有す
るステム100と、上記ステム100上にダイボンドさ
れ、表面にモニタ用PD140が一体形成されたサブマ
ウント160と、上記サブマウント160上にダイボン
ドされ、モニタ用PD140により出射光がモニタされ
る2つの半導体レーザ素子131,132とを備える。
上記モニタ用PD140の第1ボンディング面(アノー
ド電極183)と、その第1ボンディング面に対して略
直角なリードピン123の第2ボンディング面(端面1
23a)とをワイヤボンディングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、2つの半導体レ
ーザ素子を搭載する半導体レーザ装置およびそのワイヤ
ボンディング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体レーザ装置としては、金属
製ステム上に1つの半導体レーザ素子とその半導体レー
ザ素子の出力をモニタするモニタ用フォトダイオード
(以下、モニタ用PDという)を配置したものがある。し
かしながら、CD(コンパクト・ディスク)やDVD(デ
ジタル・バーサタイル・ディスク)等の記録媒体から情
報を読み出すために、2つの半導体レーザ素子を用いて
波長の異なる2種類のレーザ光を出射する半導体レーザ
装置が必要とされている。
【0003】そこで、2つの半導体レーザ素子とその半
導体レーザ素子の出力をモニタするモニタ用PDを配置
した図12に示すような半導体レーザ装置が考えられ
る。図12はこの半導体レーザ装置のキャップを除いた
内部の斜視図を示している。なお、この半導体レーザ装
置は、この発明の説明を容易にするために示すものであ
って、従来技術ではない。
【0004】図12に示すように、この半導体レーザ装
置は、一体形成されたアイレット201および放熱台2
02を有する金属製のステム200を備えている。上記
ステム200のアイレット201に一端が貫通するよう
にリードピン221〜223を取り付け、共通電極用と
してリードピン224の一端をアイレット201に電気
的に接続している。上記リードピン221〜223は、
アイレット201に低融点ガラスで固定し、ステム20
0に対して電気的に絶縁している。また、上記アイレッ
ト201は外径が5.6mmであり、直径が0.4mmの
円柱状の金属からなるリードピン221〜224は、ア
イレット201に直径2mmの円周上に90度毎に等間
隔で配置されている。
【0005】また、上記アイレット201と一体的に形
成された放熱台202に、シリコンサブマウント(以
下、Siサブマウントという)260を導電性のペースト
(図示せず)によりダイボンドしている。上記シリコンサ
ブマウント260上に、2つの半導体レーザ素子23
1,232をAu−Sn合金からなるロー材(図示せず)に
よりダイボンドしている。上記Siサブマウント260
のダイボンド面を金属で覆い、半導体レーザ素子23
1,232の共通電極としている。また、上記Siサブマ
ウント260の表面の共通電極を金属ワイヤ252,2
54を介して放熱台202に接続している。一方、半導
体レーザ素子231,232の上部電極をリードピン2
21,222に金属ワイヤ251,253を介してそれぞ
れ接続している。そして、上記ステム200のアイレッ
ト201に形成された凹部201bに、モニタ用PD2
40を導電性のペースト(図示せず)によりダイボンド
し、そのモニタ用PD240の上部電極を金属ワイヤ2
55を介してリードピン223の端面223aに接続し
ている。
【0006】上記2つの半導体レーザ素子231,23
2は、特に、赤色レーザ光(波長630nm〜680n
m)を出射するInGaAlP系半導体レーザ素子231と
赤外レーザ光(波長760nm〜850nm)を出射する
AlGaAs系半導体レーザ素子232の組合せが用いら
れる。
【0007】上記2つの半導体レーザ素子231,23
2の発光点の相対位置が、使用中動かないようにするた
め、通常の使用温度範囲の上限である80℃より十分融
点が高いロー材(例えばAu−Sn合金等)を使用して、半
導体レーザ素子231,232をSiサブマウント260
にダイボンドする必要がある。上記半導体レーザ素子2
31,232を金属製の放熱台202に直接ダイボンド
すると、金属と半導体の線膨張係数の違いにより、半導
体レーザ素子231,232に強い応力が加わり、結晶
が壊れて劣化してしまうという問題があるため、Siサ
ブマウント260にダイボンドすることが必須となって
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図12に示
す2つの半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置で
は、構造が複雑になると共に、モニタ用PD240,Si
サブマウント260をダイボンドする工程が増えてコス
トが高くつくという問題があるそこで、Siサブマウン
ト表面にモニタ用PDを形成し、モニタ用PDのダイボ
ンド工程を省略して、製造工程を簡略化することが考え
られる。そうした場合、モニタ用PDの電極面は、2つ
の半導体レーザ素子の電極面およびSiサブマウント表
面に形成された電極面と平行になる。この半導体レーザ
素子,モニタ用PDの各電極とリードピンとを金属ワイ
ヤで接続するときに、電極およびリードピンの金属ワイ
ヤをボンディングする面は互いに平行でなければ、ワイ
ヤボンディングを容易に行うことができない。このこと
を図12に示す構成の半導体レーザ装置を用いて以下に
説明する(モニタ用PDはSiサブマウント表面に形成さ
れるものと仮定する)。
【0009】この半導体レーザ装置では、2つの半導体
レーザ素子231,232が両側のリードピン221,2
22に夫々接続されるので、Siサブマウント表面に形
成さるモニタ用PDの電極と金属ワイヤで接続すること
ができるのは、図12中上側のリードピン223だけで
ある。この場合、リードピン223の先端がアイレット
の表面201aから出ていないので、Siサブマウント2
60に形成されるモニタ用PDの電極と平行な面が殆ど
ないという問題がある。この問題を解決する方法として
は、アイレット201のリードピン223の周囲に凹部
を設けて、リードピン223を露出させて、円筒状のリ
ードピン223の外周面にダイボンドすることも考えら
れるが、凹部がアイレットを貫通する恐れがあり、キャ
ップ(図示せず)により内部を密閉することができなくな
るので、半導体レーザ素子が劣化しやすいという問題が
ある。
【0010】また、リードピン223の端面223aと
Siサブマウントに形成されるモニタ用PDの電極とを
ワイヤボンディングする場合、リードピン223の端面
223aとモニタ用PDの電極面とは互いに垂直になっ
ており、従来のワイヤボンディング方法では、接続する
ことが困難であった。以下に、その理由について、図1
2の半導体レーザ装置のワイヤボンディングの工程を示
す図13〜図19により説明する。
【0011】まず、図13〜図18により、図12に示
す半導体レーザ装置200のモニタ用PD240の電極
面とリードピン223の端面223aを金属ワイヤで接
続する従来のワイヤボンディング方法を説明する。
【0012】図13に示すように、ボンディングヘッド
70は、キャピラリホルダ72の先に取り付けられたキ
ャピラリ71とワイヤクランプ73とを有し、キャピラ
リ71とワイヤクランプ73とは一体に動くようになっ
ている。上記キャピラリ71は、先端の直径が200μ
m程度で、金属ワイヤ50を直線状に保ち案内する働き
をする。この金属ワイヤ50には、直径25μmの金ワ
イヤを用い、キャピラリ71の先端から突出する金属ワ
イヤ50の先端にアーク放電等によりボール50aを形
成する。
【0013】次に、図14に示すように、ボンディング
ヘッド70を下降させ、モニタ用PD240の電極面に
ボール50a(図13に示す)を接触させて、超音波振動
を加えてボール50aとモニタ用PD240の電極とを
接続する(このボール50aが接続される点を「第1ボン
ド」と呼ぶ)。
【0014】次に、図15に示すように、ワイヤクラン
プ73が開いた状態でボンディングヘッド70を上昇さ
せ、金属ワイヤ50を引き出すと共に、キャピラリ71
の軸方向に対して垂直な軸を中心にステム200を適宜
回転し、リードピン223のボンディング面223aが
キャピラリ71の軸方向に対して垂直になるようにす
る。
【0015】次に、図16に示すように、リードピン2
23のボンディング面223aが、キャピラリ71の鉛
直下方に位置するように、ボンディングヘッド70をリ
ードピン223のボンディング面223aに平行な面に
沿って移動する。このとき、モニタ用PD240の電極
面とリードピン223のボンディング面223aがキャ
ピラリ71にガイドされた金属ワイヤ50とが同一平面
上にない場合は、キャピラリ71の軸上にリードピン2
23のボンディング面223aが位置するように、ステ
ム200を移動させればよい。
【0016】再度、図17に示すように、上記ボンディ
ングヘッド70を下降させて、リードピン223のボン
ディング面223aに金属ワイヤ50を接触させ、金属
ワイヤ50に超音波振動を加えてリードピン223のボ
ンディング面223aと接続する(この金属ワイヤが接続
される点を「第2ボンド」と呼ぶ)。
【0017】最後に、図18に示すように、ワイヤクラ
ンプ73を閉じ、その状態でボンディングヘッド70を
引き上げることにより金属ワイヤ50を切断する。この
後、図示していないが、ワイヤ50の先端にはアーク放
電により金属ボールが形成され、最初の工程に戻る。
【0018】このようなワイヤボンディング方法では、
第1ボンドのボンディング面と第2ボンドのボンディン
グ面は、互いに13°程度の角度をなしているだけなの
で、ステム200を回転させる中心となる軸がどこに有
っても特に問題はない。ところが、さらにステム200
の回転角度が大きくなると、キャピラリ71がステム2
00や半導体レーザ素子等に接触して破損する恐れがあ
ると共に、図19に示すように、金属ワイヤ50がキャ
ピラリ71の先端で大きく曲げられたり、第1ボンド部
分やキャピラリ71先端部分でねじれて切断してしまう
という問題がある。
【0019】また、図12に示す半導体レーザ装置にお
いて、Siサブマウント260を放熱台202にダイボ
ンドする場合、半導体レーザ素子231,232とSiサ
ブマウント260を固定しているロー材に熱的な影響を
与えないように樹脂に導電材(例えば銀のフィラー)を充
填した導電性ペーストで固定することが望ましい。しか
しながら、導電性ペーストは流動性が高く、ダイボンド
面に広がり易いため、金属ワイヤをボンディングする面
に導電性ペーストが付着して平滑性が失われると、ワイ
ヤボンディングができないという問題がある。
【0020】そこで、この発明の目的は、簡単な構成で
製造工程を簡略化でき、2つの半導体レーザ素子とモニ
タ用PDを小型パッケージに容易に搭載できる半導体レ
ーザ装置を提供すると共に、ステムや半導体レーザ素子
等を破損することなく、容易にかつ確実にワイヤボンデ
ィングができる上記半導体レーザ装置のワイヤボンディ
ング方法を提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の半導体レーザ装置は、複数のリードピン
を有するステムと、上記ステム上にダイボンドされ、表
面にモニタ用フォトダイオードが一体形成されたサブマ
ウントと、上記サブマウント上にダイボンドされ、上記
モニタ用フォトダイオードにより出射光がモニタされる
2つの半導体レーザ素子とを備え、上記各半導体レーザ
素子の電極を上記リードピンに金属ワイヤを介して電気
的に夫々接続すると共に、上記モニタ用フォトダイオー
ドの電極を上記リードピンに金属ワイヤを介して電気的
に接続する半導体レーザ装置であって、上記2つの半導
体レーザ素子および上記モニタ用フォトダイオードの少
なくとも1つの第1ボンディング面と、その第1ボンデ
ィング面とワイヤボンディングされる上記リードピンの
第2ボンディング面とが互いに略直角であることを特徴
としている。
【0022】上記構成の半導体レーザ装置によれば、上
記2つの半導体レーザ素子の電極および上記モニタ用P
Dの電極は、互いに平行な電極面を有し、それら3つの
電極面のうちの少なくとも1つを第1ボンディング面と
して、その第1ボンディング面に略垂直なリードピンの
第2ボンディング面とをワイヤボンディングする。例え
ば、リードピン数が限られた直径5.6mmの小型パッ
ケージにおいて、上記2つの半導体レーザ素子の出射光
の光軸が互いに平行にかつステムの表面(アイレット表
面)に垂直になるように、上記2つの半導体レーザ素子
をステム上に配列し、その配列方向の両側に2つのリー
ドピンがあり、さらにその配列方向に直交する方向にも
う1つのリードピンがある場合、各半導体レーザ素子の
電極とモニタ用PDの電極をそれぞれ3つのリードピン
に割り当てて、電極とリードピンをそれぞれワイヤボン
ディングにより接続する(各素子の他の電極は共通電極
であるステムに接続)。そうした場合、2つの半導体レ
ーザ素子の配列方向の両側のリードピン外周の接平面
と、各半導体レーザ素子の電極とモニタ用PDの電極の
うちの2つの電極面とは平行となり、ワイヤボンディン
グが容易にできる。ところが、残りの素子の電極面(第
1ボンディング面)は、同様に残るリードピンの外周の
接平面と平行ではあるが、配置上の制約によりワイヤボ
ンディングが困難なため、残りの素子の電極面(第1ボ
ンディング面)と略直角の関係にあるリードピンの端面
(第2ボンディング面)とワイヤボンディングする。この
互いに略直角な第1,第2ボンディング面のワイヤボン
ディングを可能にすることによって、簡単な構成で製造
工程を簡略化でき、小型のパッケージのステムに2つの
半導体レーザ素子とモニタ用PDを容易に搭載できる半
導体レーザ素子を実現することができる。なお、上記2
つの半導体レーザ素子をダイボンドするサブマウントに
は、熱膨張による応力が半導体レーザ素子に加わらない
ようにシリコン等の半導体からなるサブマウントを用い
る。
【0023】また、一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記第1ボンディング面のボンディング位置および上記
第2ボンディング面のボンディング位置が、上記第1,
第2ボンディング面に略直交する同一平面上にあること
を特徴としている。
【0024】上記実施形態の半導体レーザ装置によれ
ば、上記第1ボンディング面のボンディング位置および
第2ボンディング面のボンディング位置が上記第1,第
2ボンディング面に略同一平面内に有るようにするの
で、ワイヤボンディング時にその同一平面に沿ってステ
ムを回転するから、金属ワイヤがねじれることがなくな
り、金属ワイヤが接続された半導体レーザ素子,モニタ
用PDに応力が加わらないので、信頼性を向上できる。
【0025】また、一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記サブマウント上に形成され、上記2つの半導体レー
ザ素子がダイボンドされる金属配線を備え、上記各半導
体レーザ素子に対応する上記金属配線が電気的に絶縁さ
れていることを特徴としている。
【0026】上記実施形態の半導体レーザ装置によれ
ば、上記サブマウント上の半導体レーザ素子がダイボン
ドされる金属配線は、半導体レーザ素子毎に独立した金
属配線とし、互いに電気的に絶縁しておくことにより、
2つの半導体レーザ素子のダイボンド側の電気的特性が
異なっていても良い。例えば、一方の半導体レーザ素子
はp電極側をダイボンドし、他方の半導体レーザ素子
は、n電極側をダイボンドすることが可能となるので、
使用する半導体レーザ素子に対する条件が緩やかにな
る。
【0027】また、一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記サブマウント上に形成され、上記2つの半導体レー
ザ素子がダイボンドされる金属配線を備え、上記2つの
半導体レーザ素子の後端面側から上記モニタ用PD側に
上記金属配線が形成されていないことを特徴としてい
る。
【0028】上記実施形態の半導体レーザ装置によれ
ば、サブマウントに一体的に形成されたモニタ用PDに
半導体レーザからの出射光をできるだけ多く入射させる
ために、金属配線の半導体レーザ素子出射端面近傍を半
導体レーザ素子からモニタ用PD側に出さないようにす
る。そうすることによって、特に半導体レーザ素子の発
光点がサブマウントの表面からの高さが数μm程度のも
のに対して有効である。
【0029】また、一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記リードピンの端面が上記第2ボンディング面であっ
て、上記リードピンの端面が上記ステムの表面と同じ高
さか、または、上記ステムの表面よりも低いことを特徴
としている。
【0030】上記実施形態の半導体レーザ装置によれ
ば、上記第2ボンディング面であるリードピンの端面が
上記ステムの表面と同じ高さか、または、上記ステムの
表面よりも低いので、第1ボンディング面にワイヤボン
ディングするときに、ワイヤボンディング装置のキャピ
ラリが第2ボンディング面を有するリードピンに当たる
のを防止できる。
【0031】また、一実施形態の半導体レーザ装置は、
上記ステムに、上記サブマウントをボンディングする面
と平行でかつ高さの異なるボンディング面を有する段部
を設けたことを特徴としている。
【0032】上記実施形態の半導体レーザ装置によれ
ば、上記ステムに、上記サブマウントをボンディングす
る面と平行でかつ高さの異なるボンディング面を有する
段部を設けることにより、ステムのサブマウントがボン
ディングされた面の導電性ぺーストがワイヤボンディン
グ面に付着することが無くなるので、ワイヤボンディン
グできないという問題が発生しなくなる。
【0033】また、この発明の半導体レーザ装置は、複
数のリードピンを有するステムと、上記ステム上にダイ
ボンドされたサブマウントと、上記サブマウント上にダ
イボンドされた半導体レーザ素子とを備え、上記半導体
レーザ素子の電極を上記リードピンに金属ワイヤを介し
て電気的に接続する半導体レーザ装置であって、上記ス
テムに、上記サブマウントをボンディングする面と平行
でかつ高さの異なるボンディング面を有する段部を設け
たことを特徴としている。
【0034】上記実施形態の半導体レーザ装置によれ
ば、上記ステムに、上記サブマウントをボンディングす
る面と平行でかつ高さの異なるボンディング面を有する
段部を設けることにより、ステムのサブマウントがボン
ディングされた面の導電性ぺーストがワイヤボンディン
グ面に付着することが無くなるので、ワイヤボンディン
グできないという問題が発生しなくなる。
【0035】また、この発明の半導体レーザ装置のワイ
ヤボンディング方法は、複数のリードピンを有するステ
ムと、上記ステム上に取り付けられ、表面にモニタ用フ
ォトダイオードが一体形成されたサブマウントと、上記
サブマウント上にダイボンドされ、上記モニタ用フォト
ダイオードにより出射光がモニタされる2つの半導体レ
ーザ素子とを備えた半導体レーザ装置のワイヤボンディ
ング方法であって、上記2つの半導体レーザ素子および
上記モニタ用PDの少なくとも1つの第1ボンディング
面に対して上記金属ワイヤを案内するキャピラリの軸が
垂直になるように上記ステムを保持して、上記第1ボン
ディング面に上記金属ワイヤの一端をボンディングする
第1の工程と、上記第1ボンディング面に上記金属ワイ
ヤの一端をボンディングした後の上記金属ワイヤに直交
する軸を中心に、上記第1ボンディング面に略直角な上
記リードピンの第2ボンディング面に対して上記キャピ
ラリの軸が垂直になるように上記ステムを回転させて、
上記第2ボンディング面に上記金属ワイヤの他端をボン
ディングする第2の工程とを有することを特徴としてい
る。
【0036】上記半導体レーザ装置のワイヤボンディン
グ方法によれば、上記2つの半導体レーザ素子および上
記モニタ用PDの少なくとも1つの第1ボンディング面
に対してワイヤボンディング装置のキャピラリの軸が垂
直になるように上記ステムを保持して、上記第1ボンデ
ィング面に上記金属ワイヤの一端をボンディングした
後、上記金属ワイヤに直交する軸を中心に、第1ボンデ
ィング面に略直角なリードピンの第2ボンディング面に
対して上記キャピラリの軸が垂直になるようにステムを
回転させて、上記第2ボンディング面に上記金属ワイヤ
の他端をボンディングする。そうすることによって、上
記第1,第2ボンディング面にボンディングされる金属
ワイヤをねじることなく、互いに略直角な第1,第2ボ
ンディング面に金属ワイヤを接続することができる。し
たがって、2つの半導体レーザ素子とモニタ用PDを小
型パッケージに収納可能な半導体レーザ装置を、ステム
や半導体レーザ素子等を破損することなく、容易にワイ
ヤボンディングができる。
【0037】また、一実施形態の半導体レーザ装置のワ
イヤボンディング方法は、上記第2の工程において上記
ステムを回転させるときの軸が、互いに略直角な上記第
1,第2ボンディング面の交線と平行であることを特徴
としている。
【0038】上記実施形態の半導体レーザ装置のワイヤ
ボンディング方法によれば、上記第2の工程において上
記ステムを回転させるときの軸を、互いに略直角な第
1,第2ボンディング面の交線と平行にして、ステムの
回転軸方向からワイヤボンディングを観測する。そうす
ることによって、上記金属ワイヤのねじれ具合を観測し
ながらワイヤボンディングができるので、ボンディング
の失敗がなく、ワイヤボンディングを確実に行うことが
できる。
【0039】また、一実施形態の半導体レーザ装置のワ
イヤボンディング方法は、上記第1ボンディング面のボ
ンディング位置および上記第2ボンディング面のボンデ
ィング位置が、上記第1,第2ボンディング面に略直交
する同一平面上にあることを特徴としている。
【0040】上記実施形態の半導体レーザ装置のワイヤ
ボンディング方法によれば、上記第1ボンディング面の
ボンディング位置および第2ボンディング面のボンディ
ング位置が上記第1,第2ボンディング面に略同一平面
内に有るようにするので、ワイヤボンディング時にその
同一平面に沿ってステムを回転させるから、金属ワイヤ
がねじれることがなくなり、金属ワイヤが接続された半
導体レーザ素子,モニタ用PDに応力が加わらないの
で、信頼性を向上できる。
【0041】また、一実施形態の半導体レーザ装置のワ
イヤボンディング方法は、上記第2の工程において上記
ステムを回転させるときの軸と上記第1ボンディング面
との距離を、上記ステムを回転させるときの軸と上記第
2ボンディング面との距離としたことを特徴としてい
る。
【0042】上記実施形態の半導体レーザ装置のワイヤ
ボンディング方法によれば、上記ステムの回転中心とな
る軸を、軸からの第1ボンディング面までの距離と軸か
らの第2ボンディング面までの距離とを等しくすること
によって、キャピラリの先端から第1ボンディング面と
第2ボンディング面までの距離が回転前後で同じになる
ので、ワイヤボンディングが容易にでき、付着した金属
ワイヤもはずれにくい。
【0043】また、一実施形態の半導体レーザ装置のワ
イヤボンディング方法は、上記第1の工程の後、上記キ
ャピラリを上記第1ボンディング面に対して垂直方向に
引き上げて、上記キャピラリの先端から引き出される上
記金属ワイヤの長さを、上記半導体レーザ素子の前方端
面から上記第1ボンディング面のボンディング位置まで
の距離よりも長くしたことを特徴としている。
【0044】上記実施形態の半導体レーザ装置のワイヤ
ボンディング方法によれば、上記第1ボンディング面に
ボンディングした後、上記キャピラリを第1ボンディン
グ面に対して垂直方向に引き上げたときのキャピラリの
先端から引き出される金属ワイヤの長さを、上記半導体
レーザ素子の前方端面から第1ボンディング面のボンデ
ィング位置までの距離よりも長くすることにより、ステ
ムを回転させたときに、キャピラリが半導体レーザ素子
に当たるのを防止できる。
【0045】
【発明の実施の形態】以下、この発明の半導体レーザ装
置およびそのワイヤボンディング方法を図示の実施の形
態により詳細に説明する。
【0046】図1はこの発明の実施の一形態の半導体レ
ーザ装置のキャップを外した内部を示す斜視図である。
【0047】図1に示すように、この半導体レーザ装置
は、一体に形成されたアイレット101および放熱台1
02を有する金属製のステム100を備えている。上記
ステム100のアイレット101に一端が貫通するよう
にリードピン121〜123を取り付け、共通電極用と
してリードピン124の一端をアイレット101に電気
的に接続している。上記リードピン121〜123は、
アイレット101に低融点ガラスで固定し、ステム10
0に対して電気的に絶縁している。また、上記アイレッ
ト101は外径が5.6mmであり、直径が0.4mmの
円柱状の金属製のリードピン121〜124は、アイレ
ット101に直径2mmの円周上に90度毎に等間隔で
配置されている。
【0048】また、上記アイレット101と一体に形成
された放熱台102に、Siサブマウント160を導電
性ペーストである銀ペースト170(図2に示す)により
ダイボンドしている。このSiサブマウント160表面
にモニタ用PD140を一体形成している。さらに、S
iサブマウント160上に、2つの半導体レーザ素子1
31,132をAu−Sn合金からなるロー材(図示せず)
によりダイボンドしている。また、上記半導体レーザ素
子131の上部電極を放熱台102の段部111の面1
02bに金属ワイヤ152を介して接続し、半導体レー
ザ素子132の上部電極をリードピン122に金属ワイ
ヤ153を介して接続している(図3参照)。一方、上記
Siサブマウント260表面の金属配線181(図3に示
す)を金属ワイヤ151を介してリードピン123に接
続し、Siサブマウント260表面の金属配線182(図
3に示す)を放熱台102の段部111の面102bに金
属ワイヤ154を介して接続している(図3参照)。
【0049】なお、上記アイレット101には、リード
ピン123の周囲を含む長方形状の領域に凹部103を
設けると共に、リードピン123の端面123aは、ア
イレット101の表面101aより上側に出ないように
している。
【0050】また、図2は上記半導体レーザ装置の要部
を正面から見た図であり、図3は図2に示す半導体レー
ザ装置の要部を上方から見た図である。なお、図2,図
3では、図を見やすくするためにアイレットを省略して
いる。
【0051】図2に示すように、上記Siサブマウント
160に形成された金属配線181,182(図3に示
す)上に、2つの半導体レーザ素子131,132をAu
−Sn合金からなるロー材(図示せず)によりダイボンド
している。上記2つの半導体レーザ素子131,132
は、出射光の光軸が平行でかつアイレットの表面に垂直
な方向になるように、Siサブマウント160上に配置
されている。なお、上記半導体レーザ素子131は、平
行四辺形の断面形状をしており、オフ基板上に結晶成長
させたものである。
【0052】また、上記放熱台102は、Siサブマウ
ント160をダイボンドする面102aとは別に、面1
02aと平行でかつ高さの異なる面102bを有する段部
111を放熱台102の両側に設けている。この面10
2aと面102bの高さが異なることにより、面102a
に塗布された銀ペースト170は、表面張力により面1
02aの端より広がらない。その結果、面102bは平滑
性を維持することができ、Siサブマウント160を放
熱台102にダイボンドした後でも、金属ワイヤ15
2,154を容易にボンディングすることができる。上
記アイレット101(図1に示す)と一体に形成された放
熱台102は、共通電極用リードピン124(図1に示
す)と電気的に接続されている。
【0053】また、円柱状のリードピン121〜124
は金属製であるが、その表面は平滑に仕上げられてい
る。そのため、半導体レーザ素子132の上部電極と平
行な接平面がリードピン122の外周にあり、従来のワ
イヤボンディング装置により金属ワイヤ153で接続す
ることができる。同様に、Siサブマウント160上に
形成された金属配線181(図3に示す)とリードピン1
21も金属ワイヤ151で接続することができる。
【0054】また、図3に示すように、上記モニタ用P
D140のカソード184を、半導体レーザ素子132
のカソードと金属ワイヤ156を介して接続している。
一方、モニタ用PD140のアノード電極183をリー
ドピン123の端面123aに金属ワイヤ155を介し
て接続している。上記モニタ用PD140のアノード電
極183の面に対してリードピン123の端面123a
が略直角になっており、このように互いに略直角なボン
ディング面を1本の金属ワイヤ(90°ワイヤ)で接続す
ることにより、モニタ用PDをSiサブマウントとは別
に設ける必要が無くなる。また、ステム100のアイレ
ット101に凹部103(図1に示す)を設けて、リード
ピン123を露出させる必要がないため、キャップによ
り半導体レーザ装置内部の気密を保って、半導体レーザ
素子およびモニタ用PD等の半導体部品を保護すること
が可能となる。また、上記部品をすべて含んで外径が
5.6mmの小型のパッケージに収納することができ
る。
【0055】また、図4〜図11は上記半導体レーザ装
置のワイヤボンディング方法の工程を示しており、図4
〜図11に従って上記半導体レーザ装置のワイヤボンデ
ィング方法を以下に説明する。この半導体レーザ装置の
ワイヤボンディング方法に用いるワイヤボンディング装
置は、ステムの回転角度が90°である点を除いて図1
3に示すワイヤボンディング装置と同一の構成をしてお
り、同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略す
る。
【0056】まず、第1ボンディング面をモニタ用PD
140(図1)のアノードと接続されたアノード電極18
3(図3に示す)表面とする。また、第2ボンディング面
をリードピン123の端面123aとし、その端面12
3aがアイレット101の表面101aより上側に出ない
ようにしてある。これは、キャピラリ71をできるだけ
アイレット101の表面101a側に寄せて、Siサブマ
ウント160上の半導体レーザ素子131,132に当
たらないようにするためである。
【0057】上記キャピラリ71の中心軸と第2ボンデ
ィング面であるリードピン123の端面123aとの距
離をh1とする。このようにモニタ用PD140の第1
ボンディング面(アノード電極183)に対してキャピラ
リ71の軸が垂直になるようにステム100を保持す
る。
【0058】次に、図5に示すように、ボンディングヘ
ッド70を下降させ、第1ボンドXを形成する。
【0059】次に、図6に示すように、ボンディングヘ
ッド70を上昇させる。このとき、キャピラリ71の先
端から第1ボンドXまでの距離をd2とする。この距離
d2は、半導体レーザ素子131,132の前方端面から
第1ボンドXまでの距離d1よりも長くするのが望まし
い(d2>d1)。そうすることによって、ステム100を
回転させたときに、キャピラリ71が半導体レーザ素子
131,132に当たるのを防止できる。
【0060】次に、図7に示すように、上記ステム10
0を、第1ボンドXとキャピラリ71の間に渡された金
属ワイヤ50上で、かつ、第1ボンドXから所定の高さ
h2の点を通り図7の紙面に垂直な軸Oを中心に回転さ
せる。この「紙面に垂直な方向」とは、ワイヤボンディ
ングを観測する面の方向と同じである。すなわち、上記
ステム100を回転させるときの軸Oを、互いに略直角
な第1,第2ボンディング面(アノード電極183,端面
123a)の交線と平行にするのである。
【0061】そうすると、図8に示すように、ステム1
00の回転前後で、キャピラリ71の先端から第1ボン
ドXまでの距離と、キャピラリ71の先端から第2ボン
ドYまでの距離が変化しない。そのため、ステム100
の回転中にキャピラリ71から金属ワイヤ50が引き出
されることがなく、金属ワイヤ50が切断する恐れがな
い。
【0062】さらに望ましくは、図7におけるステム1
00の回転中心の軸Oの高さh2を、図4における高さ
h1と等しくする(h2=h1)。そうすると、ステム10
0の回転前後で、図6に示すキャピラリ71先端から第
1ボンドXまでの高さd2と、図8に示すキャピラリ7
1先端から第2ボンドYまでの高さd3が等しくなり(d
2=d3)、金属ワイヤ50の付着状態を最良な状態とす
ることができる。
【0063】次に、図9に示すように、ステム100を
90゜回転した後、ボンディングヘッド70をリードピ
ン123の端面123aに沿って水平移動させて、キャ
ピラリ71の先端が端面123aの第2ボンドYを通る
垂線上に位置するようにする。
【0064】そして、図10に示すように、再度、ボン
ディングヘッド70を下降して、第2ボンディング面で
あるリードピン123の端面123aにボンディングす
る。なお、このリードピン123の端面123aは、ス
テム100のアイレット101の表面101aよりせい
ぜい1mm程度低いだけであるので、キャピラリ71が
入らないといった問題は生じない。
【0065】最後に、図11に示すように、ワイヤクラ
ンプ73を閉じ、その状態でボンディングヘッド70を
上昇させて金属ワイヤ50を切断し、ワイヤボンディン
グを完了する。
【0066】次に、モニタ用PD140を一体的に形成
したSiサブマウントについて説明する。良く知られて
いるように、半導体レーザ素子は、前方端面からのみな
らず、後方端面からもレーザ光を出射する。この半導体
レーザ素子の後方端面から出射されたレーザ光の一部が
Siサブマウント160に一体形成されたモニタ用PD
140に入射し、このモニタ用PD140のモニタ出力
が半導体レーザの光出力の制御用信号に用いられる。
【0067】この実施の形態の半導体レーザ装置では、
半導体レーザ素子132は、AlGaAs系であり、波長
770nm〜850nmの赤外レーザ光を出射し、発光
点は、Siサブマウント160の表面から略50μmの
ところに有る。一方、半導体レーザ素子131は、In
GaAlP系であり波長630nm〜680nmの赤色レ
ーザ光を出射し、発光点は、Siサブマウント160の
表面から略5μmのところに有る。
【0068】上記半導体レーザ素子131の発光点から
Siサブマウント160表面までの高さが略5μmと近
い場合、モニタ用PD140をできるだけ半導体レーザ
素子131の後端面に近づける方がモニタ信号が大きく
なるので望ましい。しかし、半導体レーザ素子131を
搭載する金属配線181が、半導体レーザ素子131の
後端面よりわずかでもモニタ用PD140側にはみ出し
ていると、半導体レーザの出射光が金属配線で反射され
て、モニタ信号が数分の1にまで減少する。その結果、
赤外レーザ光に対するモニタ信号の大きさと、赤色レー
ザ光に対するモニタ信号の大きさが極端に異なり、制御
回路が複雑となる。そのため、この実施の形態の半導体
レーザ装置では、Siサブマウント160上の金属配線
181は、半導体レーザ素子131の後端面近傍181
a(図3に示す)でモニタ用PD140側にはみ出さない
ようなパターンとしている。
【0069】上記Siサブマウント160上に形成され
た金属配線181,182は、半導体レーザ素子131,
132の放熱板の役割も果たしているが、半導体レーザ
素子の後方端面は、前方端面に比べて発熱が小さいた
め、放熱が悪くなっても問題がない。特に、大きな光出
力が要求され、したがって、放熱が重要な高出力半導体
レーザ素子の場合には、前方端面の反射率は常に後方端
面の反射率より低く設定するので、後方端面付近での発
熱は、前方端面ほど大きくならない。
【0070】また、この実施の形態の半導体レーザ装置
では、半導体レーザ素子131はp電極側を金属配線1
81にダイボンドし、半導体レーザ素子132はn電極
側を金属配線182にダイボンドしている。これは、赤
色半導体レーザ素子131は信頼性が低いため、発光点
をできるだけ金属配線に近い位置に配置したいためであ
る。一方、赤外半導体レーザ素子132は、表面が抵抗
の高いp側をダイボンド面とする方が有利なためであ
る。また、p側がエピタキシャル面であるので、凹凸が
大きくワイヤボンディングが難しいという問題もある。
上記半導体レーザ装置では、金属配線181,182が
電気的に絶縁されているので、このように配置しても、
2つの半導体レーザ素子131,132が直列に配置さ
れるわけではなく、図2に示すように、金属ワイヤ15
1〜154の接続の仕方により並列にすることが可能で
ある。
【0071】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明の半
導体レーザ装置によれば、モニタ用PDの電極面とリー
ドピンのワイヤボンディング面を互いに垂直な面とす
る。その結果、小型のステム(例えば直径5.6mm)に
2つの半導体レーザ素子とモニタ用PDとを搭載した半
導体レーザ装置を実現することができる。
【0072】また、上記第1ボンディング面のボンディ
ング位置および第2ボンディング面のボンディング位置
が第1,第2ボンディング面に略同一平面内に有るよう
にするので、ワイヤボンディング時にその同一平面に沿
ってステムを回転するから、金属ワイヤがねじれること
がなくなり、金属ワイヤが接続された半導体レーザ素
子,モニタ用PDに応力が加わらないので、信頼性を向
上できる。
【0073】また、Siサブマウント上の半導体レーザ
素子を搭載するための金属配線は、半導体レーザ素子毎
に独立した配線とし、互いに電気的に絶縁することによ
って、2つの半導体レーザ素子のダイボンド側の電気的
特性が異なっていてもよい。すなわち、一方の半導体レ
ーザ素子は、p電極側をダイボンドし、他方の半導体レ
ーザ素子は、n電極側をダイボンドするといったことが
可能となるので、使用する半導体レーザ素子に対する自
由度が高くなる。
【0074】また、Siサブマウント表面に一体に形成
されたモニタ用PDに半導体レーザ素子からの出射光を
できるだけ多く入射させるために、Siサブマウント上
の金属配線を、半導体レーザ素子の出射端面近傍を半導
体レーザ素子から外側に出さないように形成する。特
に、半導体レーザ素子の発光点がSiサブマウントの表
面からの高さが数μm程度のものに対して有効である。
【0075】上記第2ボンディング面であるリードピン
の端面がステムの表面と同じ高さか、または、ステムの
表面よりも低いので、第1ボンディング面にワイヤボン
ディングするときに、ワイヤボンディング装置のキャピ
ラリが第2ボンディング面を有するリードピンに当たる
のを防止できる。
【0076】また、Siサブマウントをダイボンドする
面とステムのワイヤボンドする面とを互いに平行で高さ
が異なる面を有する段部をステムに設けることにより、
導電性ぺーストがワイヤボンディング面に付着すること
が無くなるので、ワイヤがボンディング面に付着しない
という問題が発生しなくなる。
【0077】また、この発明の半導体レーザ装置のワイ
ヤボンディング方法によれば、金属ワイヤを第1ボンド
に接続後、引き出した金属ワイヤを通り、金属ワイヤに
垂直な軸の周りにステムを回転することによって、金属
ワイヤをねじることなく、互いに略直角な第1,第2ボ
ンディング面に金属ワイヤを接続することができる。
【0078】また、ステムを回転する軸は、ワイヤボン
ディングを観測する面に対して垂直方向とすることによ
って、金属ワイヤのねじれ具合を観測しながらワイヤボ
ンディングができるので、ボンディングの失敗がない。
【0079】また、第1ボンディング面のボンディング
位置および第2ボンディング面のボンディング位置が略
同一平面上に有るようにすることによって、金属ワイヤ
がねじれることがなく、金属ワイヤが接続された半導体
レーザ素子,モニタ用PDに応力が加わらないので、信
頼性を向上できる。
【0080】さらに、上記ステムを回転させるときの軸
と第1ボンディング面との距離を、上記ステムを回転さ
せるときの軸と第2ボンディング面との距離としたこと
により、ワイヤボンディング装置のキャピラリの先端か
ら第1ボンディング面までの距離と、キャピラリの先端
から第2ボンディング面までの距離とが、ステムの回転
前後で同じになるので、ワイヤボンディングが容易にで
き、付着した金属ワイヤも外れにくくできる。
【0081】また、上記第1ボンディング面の位置から
金属ワイヤを引き出す長さを、半導体レーザ素子の前方
端面より第1のダイボンド位置までの長さより長くする
ことにより、次の第2ボンディング面にワイヤボンディ
ングするためにステムを回転させたときに、キャピラリ
が半導体レーザ素子に当たるのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1はこの発明の実施の一形態の2つの半導
体レーザ素子を有する半導体レーザ装置の斜視図であ
る。
【図2】 図2は上記半導体レーザ装置の要部の正面図
である。
【図3】 図3は上記半導体レーザ装置の要部の上面図
である。
【図4】 図4は上記半導体レーザ装置の90゜ワイヤ
のボンディング工程を示す図である。
【図5】 図5は図4に続くボンディング工程を示す図
である。
【図6】 図6は図5に続くボンディング工程を示す図
である。
【図7】 図7は図6に続くボンディング工程を示す図
である。
【図8】 図8は図7に続くボンディング工程を示す図
である。
【図9】 図9は図8に続くボンディング工程を示す図
である。
【図10】 図10は図9に続くボンディング工程を示
す図である。
【図11】 図11は図10に続くボンディング工程を
示す図である。
【図12】 図12は2つの半導体レーザ素子を有する
半導体レーザ装置の斜視図である。
【図13】 図13は上記半導体レーザ装置の金属ワイ
ヤのボンディング工程を示す図である。
【図14】 図14は図13に続くボンディング工程を
示す図である。
【図15】 図15は図14に続くボンディング工程を
示す図である。
【図16】 図16は図15に続くボンディング工程を
示す図である。
【図17】 図17は図16に続くボンディング工程を
示す図である。
【図18】 図18は図17に続くボンディング工程を
示す図である。
【図19】 図19は従来の金属ワイヤのボンディング
工程によりステムを90゜回転した湯合を示す説明図で
ある。
【符号の説明】
100,200…ステム、 101,201…アイレット、 102,202…放熱台、 121〜124,221〜224…リードピン、 131,132,231,232…半導体レーザ素子、 160,260…Siサブマウント、 140,240…モニタ用PD、 181〜184…金属配線、 151〜156,251〜254…金属ワイヤ、 170…銀ペースト、 50…金属ワイヤ、 70…ボンディングヘッド、 71…キャピラリ、 72…キャピラリホルダ、 73…ワイヤクランプ。
フロントページの続き (72)発明者 山藤 輝光 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 ▲吉▼田 智彦 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F044 AA09 CC05 RR03 5F073 AB13 EA06 FA02 FA13 FA23 FA27 FA28

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数のリードピンを有するステムと、 上記ステム上にダイボンドされ、表面にモニタ用フォト
    ダイオードが一体形成されたサブマウントと、 上記サブマウント上にダイボンドされ、上記モニタ用フ
    ォトダイオードにより出射光がモニタされる2つの半導
    体レーザ素子とを備え、 上記各半導体レーザ素子の電極を上記リードピンに金属
    ワイヤを介して電気的に夫々接続すると共に、上記モニ
    タ用フォトダイオードの電極を上記リードピンに金属ワ
    イヤを介して電気的に接続する半導体レーザ装置であっ
    て、 上記2つの半導体レーザ素子および上記モニタ用フォト
    ダイオードの少なくとも1つの第1ボンディング面と、
    その第1ボンディング面とワイヤボンディングされる上
    記リードピンの第2ボンディング面とが互いに略直角で
    あることを特徴とする半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の半導体レーザ装置にお
    いて、 上記第1ボンディング面のボンディング位置および上記
    第2ボンディング面のボンディング位置が、上記第1,
    第2ボンディング面に略直交する同一平面上にあること
    を特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の半導体レーザ
    装置において、 上記サブマウント上に形成され、上記2つの半導体レー
    ザ素子がダイボンドされる金属配線を備え、 上記各半導体レーザ素子に対応する上記金属配線が電気
    的に絶縁されていることを特徴とする半導体レーザ装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項1または2に記載の半導体レーザ
    装置において、 上記サブマウント上に形成され、上記2つの半導体レー
    ザ素子がダイボンドされる金属配線を備え、 上記2つの半導体レーザ素子の後端面側から上記モニタ
    用フォトダイオード側に上記金属配線が形成されていな
    いことを特徴とする半導体レーザ装置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれか1つに記載の
    半導体レーザ装置において、 上記リードピンの端面が上記第2ボンディング面であっ
    て、 上記リードピンの端面が上記ステムの表面と同じ高さ
    か、または、上記ステムの表面よりも低いことを特徴と
    する半導体レーザ装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5に記載の半導体レーザ装
    置において、 上記ステムに、上記サブマウントをボンディングする面
    と平行でかつ高さの異なるボンディング面を有する段部
    を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
  7. 【請求項7】 複数のリードピンを有するステムと、上
    記ステム上にダイボンドされたサブマウントと、上記サ
    ブマウント上にダイボンドされた半導体レーザ素子とを
    備え、上記半導体レーザ素子の電極を上記リードピンに
    金属ワイヤを介して電気的に接続する半導体レーザ装置
    であって、 上記ステムに、上記サブマウントをボンディングする面
    と平行でかつ高さの異なるボンディング面を有する段部
    を設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
  8. 【請求項8】 複数のリードピンを有するステムと、上
    記ステム上に取り付けられ、表面にモニタ用フォトダイ
    オードが一体形成されたサブマウントと、上記サブマウ
    ント上にダイボンドされ、上記モニタ用フォトダイオー
    ドにより出射光がモニタされる2つの半導体レーザ素子
    とを備えた半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法
    であって、 上記2つの半導体レーザ素子および上記モニタ用フォト
    ダイオードの少なくとも1つの第1ボンディング面に対
    して上記金属ワイヤを案内するキャピラリの軸が垂直に
    なるように上記ステムを保持して、上記第1ボンディン
    グ面に上記金属ワイヤの一端をボンディングする第1の
    工程と、 上記第1ボンディング面に上記金属ワイヤの一端をボン
    ディングした後の上記金属ワイヤに直交する軸を中心
    に、上記第1ボンディング面に略直角な上記リードピン
    の第2ボンディング面に対して上記キャピラリの軸が垂
    直になるように上記ステムを回転させて、上記第2ボン
    ディング面に上記金属ワイヤの他端をボンディングする
    第2の工程とを有することを特徴とする半導体レーザ装
    置のワイヤボンディング方法。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載の半導体レーザ装置のワ
    イヤボンディング方法において、 上記第2の工程において上記ステムを回転させるときの
    軸が、互いに略直角な上記第1,第2ボンディング面の
    交線と平行であることを特徴とする半導体レーザ装置の
    ワイヤボンディング方法。
  10. 【請求項10】 請求項8または9に記載の半導体レー
    ザ装置のワイヤボンディング方法において、 上記第1ボンディング面のボンディング位置および上記
    第2ボンディング面のボンディング位置が、上記第1,
    第2ボンディング面に略直交する同一平面上にあること
    を特徴とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方
    法。
  11. 【請求項11】 請求項8乃至10のいずれか1つに記
    載の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法におい
    て、 上記第2の工程において上記ステムを回転させるときの
    軸と上記第1ボンディング面との距離を、上記ステムを
    回転させるときの軸と上記第2ボンディング面との距離
    としたことを特徴とする半導体レーザ装置のワイヤボン
    ディング方法。
  12. 【請求項12】 請求項8乃至11のいずれか1つに記
    載の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法におい
    て、 上記第1の工程の後、上記キャピラリを上記第1ボンデ
    ィング面に対して垂直方向に引き上げて、上記キャピラ
    リの先端から引き出される上記金属ワイヤの長さを、上
    記半導体レーザ素子の前方端面から上記第1ボンディン
    グ面のボンディング位置までの距離よりも長くしたこと
    を特徴とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方
    法。
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