JP2002270939A

JP2002270939A - 半導体レーザ装置およびその組立方法

Info

Publication number: JP2002270939A
Application number: JP2001062816A
Authority: JP
Inventors: Mitsuharu Matsumoto; 光晴松本; Masakane Goto; 壮謙後藤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2001-03-07
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2002-09-20
Anticipated expiration: 2021-03-07
Also published as: JP4148652B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサ
ブマウントに取り付ける際の歩留まりを向上させること
が可能な半導体レーザ装置を提供する。【解決手段】サファイア基板２上に形成されたＭＱＷ発
光層８（活性層）を含む半導体層を構成する各層３〜１
２と、ｐ型ＧａＮ層１２の上面上に形成されたｐ側電極
１３と、ｎ型ＧａＮ層４の上面の一部が除去された領域
の表面上に形成されたｎ側電極１４とを含む半導体レー
ザ素子１と、ｎ側電極１４の上面に接合されたボンディ
ングワイヤ１６と、半導体レーザ素子１がｐ側電極１３
側から取り付けられるサブマウント１７とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装置
およびその組立方法に関し、特に、半導体レーザ素子を
基台にジャンクションダウンで取り付ける半導体レーザ
装置およびその組立方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光情報機器などの分野に用いられ
る半導体レーザ装置が盛んに開発されている。半導体レ
ーザ装置に用いられる半導体レーザ素子には、半導体レ
ーザ素子と外部とを電気的に接続するためのｐ側電極お
よびｎ側電極が設けられている。このｐ側電極およびｎ
側電極が、半導体レーザ素子の表面に設けられている場
合には、一般に、半導体レーザ素子をステムに取り付け
られたサブマウント（基台）に固着する際に、ジャンク
ションアップで組み立てる。このジャンクションアップ
とは、半導体レーザ素子の基板側（ｐ側電極およびｎ側
電極の設けられている面と反対側）からサブマウントに
固着する方法である。ジャンクションアップでサブマウ
ントに固着された半導体レーザ素子は、ｐ側電極および
ｎ側電極と、ステムのポールとを、ボンディングワイヤ
を用いて接続することによって、ステムと電気的に接続
される。

【０００３】一般に、サブマウントは、半導体レーザ素
子の熱を吸収して外部に放熱するヒートシンクの役割も
有する。しかしながら、半導体レーザ素子をジャンクシ
ョンアップでサブマウントに組み立てる場合には、発熱
の大きい活性層（発光層）とヒートシンク（サブマウン
ト）との距離が遠くなる。このため、活性層の放熱効率
が悪化することにより、活性層付近の温度上昇が大きく
なる。それによって、半導体レーザ装置のしきい値電圧
が上昇するとともに、素子寿命が低下するという問題点
があった。特に、サファイア基板などの熱伝導性の低い
基板を使用するＧａＮ系半導体レーザ装置では、熱伝導
性の高い基板を使用する場合に比べて、活性層の発熱が
基板からヒートシンク（サブマウント）へ伝達されにく
いので、発熱効率がさらに悪化するという問題点があっ
た。

【０００４】そこで、上記のような半導体レーザ素子を
ジャンクションアップで組み立てる際の問題点を解決す
るために、従来、半導体レーザ素子をジャンクションダ
ウンでサブマウントに組み立てる方法が用いられてい
る。ここで、ジャンクションダウンとは、半導体レーザ
素子のｐ側電極およびｎ側電極が設けられている面側か
らサブマウントに固着する方法である。

【０００５】図１２は、従来のサファイアなどの絶縁基
板を用いたＧａＮ系などの半導体レーザ素子をジャンク
ションダウンでサブマウントに取り付けた状態を示した
断面図である。図１２を参照して、従来の半導体レーザ
素子１０１では、ｐ側電極１０２およびｎ側電極１０３
が、半導体レーザ素子１０１の表面に形成されている。
この半導体レーザ素子１０１は、ｐ側電極１０２および
ｎ側電極１０３側を下向きにして、ステム（図示せず）
に取り付けられたサブマウント１０４にジャンクション
ダウンで取り付けられる。

【０００６】サブマウント１０４の上面上には、電極パ
ターン１０５が形成されている。この電極パターン１０
５は、ｐ側電極１０２とｎ側電極１０３との間の間隔と
ほぼ同じ間隔を有するようにパターニングされている。
電極パターン１０５上には、半田などからなる融着材１
０７が形成されている。

【０００７】半導体レーザ素子１０１をｐ側電極１０２
およびｎ側電極１０３側が下向きになるようにジャンク
ションダウンでサブマウント１０５に取り付ける際に
は、ｐ側電極１０２およびｎ側電極１０３のそれぞれの
下面のほぼ全面が、半田などの融着材１０７によって接
合される。また、電極パターン１０５の上面上のｐ側電
極１０２およびｎ側電極１０３と接触する領域以外の部
分には、金ワイヤなどからなるボンディングワイヤ１０
６の一方の端部が接合されている。このボンディングワ
イヤ１０６の他方の端部は、図示しないステムのポール
に接合されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の半導体
レーザ素子１０１をジャンクションダウンでサブマウン
トに取り付ける際には、ｐ側電極１０２およびｎ側電極
１０３側を下向きにして、融着材１０７によって取り付
けていた。この融着材１０７は、ｐ側電極１０２および
ｎ側電極１０３の全面と接触するとともに、ｐ側電極１
０２とｎ側電極１０３との間の間隔とほぼ同じ間隔を有
するように、電極パターン１０５上に形成されていた。
ここで、従来では、ｐ側電極１０２からｎ側電極１０３
への電流経路を短くして特性を向上させるため、ｐ側電
極１０２とｎ側電極１０３との間の間隔を、できるだけ
狭くなるように形成している。このため、半導体レーザ
素子１０１をジャンクションダウンで取り付ける場合
に、ｐ側電極１０２およびｎ側電極１０３を、それぞれ
の対応する電極パターン１０５に位置合わせする際に、
少しでも位置がずれると、ｐ側電極１０２とｎ側電極１
０３とが同じ電極パターン１０５に接合されるので、ｐ
側電極１０２とｎ側電極１０３とが短絡してしまうとい
う不都合があった。このような、短絡不良を防止するた
め、従来では、ｐ側電極１０２およびｎ側電極１０３を
それぞれの対応する電極パターン１０５に位置合わせす
る際に、高い位置合わせ精度が必要であった。その結
果、半導体レーザ素子１０１をサブマウント１０４に取
り付ける際の歩留まりが低下するという問題点があっ
た。

【０００９】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の一つの目的は、
半導体レーザ素子をジャンクションダウンでサブマウン
ト（基台）に取り付ける際の歩留まりを向上させること
が可能な半導体レーザ装置を提供することである。

【００１０】この発明のもう一つの目的は、半導体レー
ザ素子をジャンクションダウンでサブマウント（基台）
に取り付ける際の歩留まりを向上させることが可能な半
導体レーザ装置の組立方法を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
よる半導体レーザ装置は、絶縁基板上に形成された活性
層を含む半導体層と、半導体層の上面上に形成された第
１電極と、半導体層の上面の一部が除去された領域の表
面上に形成された第２電極とを含む半導体レーザ素子
と、第２電極の上面に接合された第１ボンディングワイ
ヤと、半導体レーザ素子が第１電極側から取り付けられ
る基台とを備えている。

【００１２】この第１の局面による半導体レーザ装置で
は、第２電極の上面に接合された第１ボンディングワイ
ヤと、第１電極側から半導体レーザ素子が取り付けられ
る基台とを設けることによって、第２電極の上面が上向
きの状態で第２電極に予め第１ボンディングワイヤを接
合した後、第１電極および第２電極を下向きにしてジャ
ンクションダウンで半導体レーザ素子を基台に取り付け
るようにすれば、第１電極のみを基台の電極パターンに
位置合わせして接合するだけでよくなる。このため、狭
い間隔で形成された第１電極および第２電極の両方を基
台の電極パターンに位置合わせして接合する場合と異な
り、半導体レーザ素子を基台に取り付ける際に、高い位
置合わせ精度が必要でなくなる。これにより、容易に、
半導体レーザ素子を基台に取り付けることができる。そ
の結果、半導体レーザ素子を基台に取り付ける際の歩留
まりを向上させることができる。

【００１３】上記第１の局面による半導体レーザ装置に
おいて、好ましくは、第２電極の少なくとも第１ボンデ
ィングワイヤが接合される部分は基台の上面上に位置せ
ずに、第１電極が基台の上面上に位置するように、半導
体レーザ素子が基台に取り付けられる。このように構成
すれば、第２電極に予めボンディングワイヤを接合した
後、第１電極および第２電極を下向きにして基台に取り
付ける際に、第２電極に接合された第１ボンディングワ
イヤが基台に接触することなく、第１電極を容易に基台
の電極パターンに接合することができる。

【００１４】この発明の第２の局面による半導体レーザ
装置は、絶縁基板上に形成された活性層を含む半導体層
と、半導体層の上面上に形成された第１電極と、半導体
層の上面の一部が除去された領域の表面上に形成された
第２電極と絶縁基板の裏面上に形成された第３電極とを
含む半導体レーザ素子と、第２電極と第３電極とを電気
的に接続するように形成された導電部材と、半導体レー
ザ素子が第１電極側から取り付けられる基台と、第３電
極の上面に接合された第１ボンディングワイヤとを備え
ている。

【００１５】この発明の第２の局面による半導体レーザ
装置では、上記のように、絶縁基板の裏面上に第３電極
を形成するとともに、その第３電極と、半導体層の上面
の一部が除去された領域の表面上に形成された第２電極
とを電気的に接続する導電部材を設け、かつ、第３電極
の上面に接合された第１ボンディングワイヤを設けるこ
とによって、第１電極および第２電極を下に向けてジャ
ンクションダウンで基台に取り付ける場合に、第１電極
のみを基台の電極パターンに位置合わせして接合するだ
けでよくなる。このため、狭い間隔で形成された第１電
極および第２電極の両方を基台の電極パターンに位置合
わせして接合する場合と異なり、半導体レーザ素子を基
台に取り付ける際に、高い位置合わせ精度が必要でなく
なる。これにより、容易に、半導体レーザ素子を基台に
取り付けることができる。その結果、半導体レーザ素子
を基台に取り付ける際の歩留まりを向上させることがで
きる。

【００１６】この第２の局面による半導体レーザ装置に
おいて、好ましくは、基台は、第１電極の上面が取り付
けられる部分に形成された導電層と、第２電極に対応す
る部分に形成された絶縁層とを含む。このように構成す
れば、基台上に第１電極および第２電極を配置した後、
第２電極と第３電極とを接続する導電部材を形成する際
に、その導電部材が基台の絶縁層上に配置されるので、
導電部材と基台上の導電層とが接触するのを防止するこ
とができる。その結果、導電部材と基台上の導電層とを
介して第２電極と第１電極とが短絡するのを防止するこ
とができる。

【００１７】上記第１、第２の局面の場合、好ましく
は、第２電極の上面のうちの第１電極側の領域上に形成
された第１絶縁膜をさらに備える。このように構成すれ
ば、第１電極と基台との接合位置がずれた場合にも、第
２電極と基台とが接触するのをその第１絶縁膜によって
防止することができる。これにより、半導体レーザ素子
を基台に取り付ける際の歩留まりをより向上させること
ができる。

【００１８】この発明の第３の局面による半導体レーザ
装置の組立方法は、絶縁基板上に形成された活性層を含
む半導体層と、半導体層の上面上に形成された第１電極
と、半導体層の上面の一部が除去された領域の表面上に
形成された第２電極とを含む半導体レーザ素子の第２電
極の上面に第１ボンディングワイヤを接合する工程と、
半導体レーザ素子を前記第１電極側から基台に取り付け
る工程とを備えている。

【００１９】この第３の局面による半導体レーザ装置の
組立方法では、第２電極の上面に第１ボンディングワイ
ヤを接合した後、半導体素子を第１電極側から基台に取
り付けることによって、第１電極のみを基台の電極パタ
ーンに位置合わせして接合するだけでよくなる。このた
め、狭い間隔で形成された第１電極および第２電極の両
方を基台の電極パターンに位置合わせして接合する場合
と異なり、半導体レーザ素子を基台に取り付ける際に、
高い位置合わせ精度が必要でなくなる。これにより、容
易に、半導体レーザ素子を基台に取り付けることができ
る。その結果、半導体レーザ素子を基台に取り付ける際
の歩留まりを向上させることができる。

【００２０】この第３の局面による半導体レーザ装置の
組立方法において、好ましくは、半導体レーザ素子を基
台に取り付ける工程は、第２電極の少なくとも第１ボン
ディングワイヤが接合される部分が基台の上面上に位置
せずに、第１電極が基台の上面上に位置するように、基
台に第１電極を接合する工程を含む。このように構成す
れば、第２電極に予めボンディングワイヤを接合した
後、第１電極および第２電極を下向きにして基台に取り
付ける際に、第２電極に接合された第１ボンディングワ
イヤが基台に接触することなく、第１電極を容易に基台
の電極パターンに接合することができる。

【００２１】この発明の第４の局面による半導体レーザ
装置の組立方法は、絶縁基板上に形成された活性層を含
む半導体層と、半導体層の上面上に形成された第１電極
と、半導体層の上面の一部が除去された領域の表面上に
形成された第２電極と、絶縁基板の裏面上に形成された
第３電極とを含む半導体レーザ素子を、第１電極側から
基台に取り付ける工程と、第２電極と第３電極とを電気
的に接続するように導電部材を形成する工程と、第３電
極の上面に第１ボンディングワイヤを接合する工程とを
備えている。

【００２２】この第４の局面による半導体レーザ装置の
組立方法では、上記のように、半導体レーザ素子を第１
電極側から基台に取り付けた後、第２電極と、絶縁基板
の裏面上に形成された第３電極とを電気的に接続するよ
うに導電部材を形成するとともに、第３電極の上面に第
１ボンディングワイヤを接合することによって、第１電
極のみを基台の電極パターンに位置合わせして接合する
だけでよくなる。このため、狭い間隔で形成された第１
電極および第２電極の両方を基台の電極パターンに位置
合わせして接合する場合と異なり、半導体レーザ素子を
基台に取り付ける際に、高い位置合わせ精度が必要でな
くなる。これにより、容易に、半導体レーザ素子を基台
に取り付けることができる。その結果、半導体レーザ素
子を基台に取り付ける際の歩留まりを向上させることが
できる。

【００２３】この第４の局面による半導体レーザ装置の
組立方法において、好ましくは、基台は、第１電極の上
面が取り付けられる部分に形成された導電層と、第２電
極に対応する部分に形成された絶縁層とを含み、半導体
レーザ素子を基台に取り付ける工程は、第１電極の上面
が基台の導電層に接触するとともに、第２電極が基台の
絶縁層に対向するように、半導体レーザ素子を前記基台
に取り付ける工程を含む。このように構成すれば、基台
上に第１電極および第２電極を配置した後、第２電極と
第３電極とを接続する導電部材を形成する際に、その導
電部材が基台の絶縁層上に配置されるので、導電部材と
基台上の導電層とが接触するのを防止することができ
る。その結果、導電部材と基台上の導電層とを介して第
２電極と第１電極とが短絡するのを防止することができ
る。

【００２４】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態を図面に基
づいて説明する。

【００２５】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態による半導体レーザ装置の全体構成を示した断面
図である。図２は、本発明の第１実施形態の半導体レー
ザ装置に含まれる半導体レーザ素子の詳細構造を示した
斜視図である。図３および図４は、本発明の第１実施形
態の半導体レーザ装置の組立方法を説明するための断面
図である。

【００２６】まず、図１を参照して、本発明の第１実施
形態による半導体レーザ装置の全体構成について説明す
る。第１実施形態による半導体レーザ装置は、半導体レ
ーザ素子１と、導電性を有するＳｉからなるサブマウン
ト１７と、ステム２０とを備えている。半導体レーザ素
子１は、ｐ側電極１３およびｎ側電極１４を下向きにし
て、ジャンクションダウンでサブマウント１７に固着さ
れている。なお、ｐ側電極１３が、本発明の「第１電
極」の一例であり、ｎ側電極１４が、本発明の「第２電
極」の一例である。また、サブマウント１７が、本発明
の「基台」の一例である。

【００２７】サブマウント１７の表面上には、電極パタ
ーン１８が形成されている。電極パターン１８の上面上
のほぼ全面には、半田などからなる融着材１９が形成さ
れている。また、ステム２０には、金メッキした銅から
なるブロック２０ａと、半導体レーザ素子１に電流を供
給するためのポール２０ｂおよび２０ｃとが設けられて
いる。さらに、ステム２０には、半導体レーザ素子１の
レーザ光が発振される側と反対側から放出されるモニタ
用レーザ光を測定するためのモニタ用フォトダイオード
（図示せず）が、取り付けられている。また、半導体レ
ーザ素子１のｎ側電極１４の上面上と、ポール２０ｂと
をつなぐように、ボンディングワイヤ１６が形成されて
いる。なお、このボンディングワイヤ１６が、本発明の
「第１ボンディングワイヤ」の一例である。

【００２８】次に、図２を参照して、第１実施形態の半
導体レーザ装置に含まれる半導体レーザ素子１の詳細構
造について説明する。この第１実施形態の半導体レーザ
素子１では、サファイア基板２上に、約０．０３μｍの
厚みを有するＧａＮバッファ層３、約３μｍの厚みを有
するｎ型ＧａＮ層４、約０．１μｍの厚みを有するｎ型
Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層５、約０．５μｍの厚みを有するｎ
型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ層６、約０．１μｍの厚みを有す
るｎ型ＧａＮ層７、および、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ
発光層８が順次形成されている。このＭＱＷ活性層８
は、約３ｎｍの厚みを有するＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸
層と、約６ｎｍの厚みを有するＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ量子
障壁層とが交互に積層された構造を有する。ＭＱＷ活性
層８上には、約０．０２μｍの厚みを有するｐ型Ａｌ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層９、約０．１μｍの厚みを有するｐ型Ｇ
ａＮ層１０、約０．５μｍの膜厚を有するｐ型Ａｌ_0.12
Ｇａ_0. ₈₈Ｎ層１１、および、約０．４μｍの膜厚を有す
るｐ型ＧａＮ層１２が順次形成されている。なお、上記
したｎ型の層４〜７のｎ型ドーパントとしてはＳｉが用
いられ、ｐ型の層９〜１２のｐ型ドーパントとしてはＭ
ｇが用いられる。

【００２９】なお、サファイア基板２が、本発明の「絶
縁基板」の一例であり、ＭＱＷ活性層８が、本発明の
「活性層」の一例である。また、各層３〜１２が、本発
明の「活性層を含む半導体層」の一例である。

【００３０】また、ｐ型ＧａＮ層１２の上面上には、Ａ
ｕからなるｐ側電極１３が形成されている。また、ｐ型
ＧａＮ層１２からｎ型ＧａＮ層４までの一部領域が除去
されており、そのｎ型ＧａＮ層４の露出した表面に、Ａ
ｕからなるｎ側電極１４が形成されている。また、上記
したサファイア基板２と、各層３〜１２と、ｐ側電極１
３およびｎ側電極１４とよって、第１実施形態の半導体
レーザ素子１が構成されている。

【００３１】次に、図１、図３および図４を参照して、
第１実施形態による半導体レーザ装置の組立方法につい
て説明する。まず、図３に示すように、半導体レーザ素
子１のｎ側電極１４の上面上に、約４００ｎｍ〜約１０
００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ₂蒸着膜１５を形成す
る。このＳｉＯ₂蒸着膜１５は、ＳｉＯ₂を半導体レーザ
素子１の上面の全面を覆うように形成した後、フォトリ
ソグラフィ技術とエッチング技術とを用いて、所定の形
状にパターニングすることによって形成する。このＳｉ
Ｏ₂蒸着膜１５は、ｎ側電極１４の上面のうちのｐ側電
極１３側の領域上に形成されるとともに、ｐ側電極１３
の側面に接触するように形成される。

【００３２】そして、ｎ側電極１４の上面上の、ＳｉＯ
₂蒸着膜１５が形成されていない領域に、金ワイヤなど
からなるボンディングワイヤ１６の一端を超音波などを
用いて接合する。

【００３３】次に、図４に示すように、半導体レーザ素
子１のｐ側電極１３およびｎ側電極１４を下向きにし
て、ジャンクションダウンで、導電性を有するＳｉから
なるサブマウント１７に取り付ける。

【００３４】ここで、この第１実施形態の組立方法で
は、半導体レーザ素子１をジャンクションダウンでサブ
マウント１７に取り付ける際に、ｐ側電極１３が電極パ
ターン１８上の融着材１９と接触するとともに、ｎ側電
極１４の少なくともボンディングワイヤ１６が接合され
る部分は、サブマウント１７の上面上に位置しないよう
に配置する。このとき、ｐ側電極１３の取り付け位置が
多少ｎ側電極１４とは反対の方向にずれたとしても、ｎ
側電極１４の上面のうちのｐ側電極１３側の領域上に形
成されたＳｉＯ₂蒸着膜１５によって、融着材１９がｎ
側電極１４に接触するのを防止することができる。これ
により、ｐ側電極１３とｎ側電極１４とが融着材１９を
介して短絡するのを有効に防止することができる。

【００３５】次に、図１に示したように、半導体レーザ
素子１がジャンクションダウンで取り付けられたサブマ
ウント１７をステム２０のブロック２０ａに取り付け
る。そして、半導体レーザ素子１のｎ側電極１４の上面
上に一端が接合されたボンディングワイヤ１６の他端
を、超音波などを用いてステム２０のポール２０ｂに接
合する。

【００３６】このようにして組み立てられた第１実施形
態による半導体レーザ装置の電流経路としては、ステム
２０の端子（図示せず）から供給された電流が、ブロッ
ク２０ａを介して、導電性を有するサブマウント１７、
電極パターン１８、融着材１９、ｐ側電極１３、半導体
レーザ素子１の各層１２〜４、ｎ側電極１４およびボン
ディングワイヤ１６を経て、ポール２０ｂへと流れる。

【００３７】第１実施形態では、上記のように、ｎ側電
極１４の上面が上向きの状態でｎ側電極１４に予めボン
ディングワイヤ１６を接合した後、ｐ側電極１３および
ｎ側電極１４を下向きにしてジャンクションダウンで半
導体レーザ素子１をサブマウント１７に取り付けること
によって、ｐ側電極１３のみをサブマウント１７の電極
パターン１８に位置合わせして接合するだけでよくな
る。これにより、図１２に示した従来のｐ側電極１０２
およびｎ側電極１０３の両方をサブマウント１０４の電
極パターン１０５に位置合わせして接合する場合と異な
り、半導体レーザ素子１をサブマウント１７に取り付け
る際に、高い位置合わせ精度が必要でなくなるので、容
易に半導体レーザ素子１をサブマウント１７に取り付け
ることができる。その結果、半導体レーザ素子１をサブ
マウント１７に取り付ける際の歩留まりを向上させるこ
とができる。

【００３８】また、第１実施形態では、上記のように、
ｎ側電極１４の少なくともボンディングワイヤ１６が接
合される部分はサブマウント１７の上面上に位置せず
に、ｐ側電極１３がサブマウント１７の上面上に位置す
るように、半導体レーザ素子１をサブマウント１７に取
り付けることによって、予めボンディングワイヤ１６を
接合した後、ｐ側電極１３およびｎ側電極１４を下向き
にして半導体レーザ素子１をサブマウント１７に取り付
ける際に、ｎ側電極１４に接合されたボンディングワイ
ヤ１６がサブマウント１７に接触することなく、ｐ側電
極１３を容易にサブマウント１７の電極パターン１８に
融着材１９を介して接合することができる。

【００３９】（第２実施形態）図５は、本発明の第２実
施形態による半導体レーザ装置の全体構成を示した断面
図である。図６は、本発明の第２実施形態による半導体
レーザ装置の組立方法を説明するための断面図である。
この第２実施形態では、第１実施形態の導電性を有する
Ｓｉからなるサブマウント１７の代わりに、絶縁性のダ
イヤモンドまたはＡｌＮからなるサブマウント２１を用
いた例を示している。なお、サブマウント２１が、本発
明の「基台」の一例である。

【００４０】まず、図５を参照して、本発明の第２実施
形態による半導体レーザ装置の全体構成について説明す
る。この第２実施形態では、絶縁性のダイヤモンドまた
はＡｌＮからなるサブマウント２１の表面上に、電極パ
ターン２２が形成されている。電極パターン２２の上面
上のほぼ全面には、半田などからなる融着材２３が形成
されている。そして、融着材２３上の所定位置には、金
ワイヤなどからなるボンディングワイヤ２４の一端が接
合されている。ボンディングワイヤ２４の他端は、ステ
ム２０のブロック２０ａに接合されている。なお、この
第２実施形態の半導体レーザ装置におけるその他の構成
は、図１に示した第１実施形態の構成と同様である。

【００４１】なお、第２実施形態の半導体レーザ装置の
組立方法としては、まず、図２および図３に示した第１
実施形態と同様の方法を用いて、半導体レーザ素子１を
サブマウント２１に取り付ける。この後、第２実施形態
の組立方法では、ボンディングワイヤ２４の一端を超音
波などを用いてサブマウント２１の電極パターン２２上
の所定位置に融着材２３を介して接合する。そして、ボ
ンディングワイヤ２４の他端を、超音波などを用いてス
テム２０のブロック２０ａに接合する。

【００４２】このようにして組み立てられた第２実施形
態による半導体レーザ装置の電流経路としては、ステム
２０の端子（図示せず）から供給された電流が、ブロッ
ク２０ａおよびボンディングワイヤ２４を介して、融着
材２３、電極パターン２２、ｐ側電極１３、半導体レー
ザ素子１の各層１２〜４、ｎ側電極１４およびボンディ
ングワイヤ１６を経て、ポール２０ｂへと流れる。

【００４３】第２実施形態では、上記のように、ｎ側電
極１４の上面に接合されたボンディングワイヤ１６と、
ｐ側電極１３側から半導体レーザ素子１が取り付けられ
るサブマウント２１とを設けることによって、第１実施
形態と同様、ｐ側電極１３のみをサブマウント２１の電
極パターン２２に位置合わせして接合するだけでよくな
る。これにより、半導体レーザ素子１をサブマウント２
１に取り付ける際に、高い位置合わせ精度が必要でなく
なるので、容易に半導体レーザ素子１をサブマウント２
１に取り付けることができる。その結果、半導体レーザ
素子１をサブマウント２１に取り付ける際の歩留まりを
向上させることができる。

【００４４】また、第２実施形態では、上記のように、
ｎ側電極１４の少なくともボンディングワイヤ１６が接
合される部分はサブマウント２１の上面上に位置せず
に、ｐ側電極１３がサブマウント２１の上面上に位置す
るように、半導体レーザ素子１をサブマウント２１に取
り付けることによって、第１実施形態と同様、半導体レ
ーザ素子１をサブマウント２１に取り付ける際に、ｎ側
電極１４に接合されたボンディングワイヤ１６がサブマ
ウント２１に接触することなく、ｐ側電極１３を容易に
サブマウント２１の電極パターン２２に融着材２３を介
して接合することができる。

【００４５】（第３実施形態）図７は、本発明の第３実
施形態による半導体レーザ装置の全体構成を示した断面
図である。図８および図９は、本発明の第３実施形態の
半導体レーザ装置の組立方法を説明するための断面図で
ある。この第３実施形態では、図２に示した半導体レー
ザ素子１の裏面上に電極パターン３５を形成した例を示
している。また、導電性を有するＳｉからなるサブマウ
ント３１の電極パターン３２上に、絶縁層３４を形成す
るとともに、電極パターン上の絶縁層３４が形成されて
いない領域に、融着材３３を形成した例を示している。
なお、サブマウント３１が、本発明の「基台」の一例で
ある。以下、詳細に説明する。

【００４６】まず、図７を参照して、本発明の第３実施
形態による半導体レーザ装置の全体構成について説明す
る。この第３実施形態の半導体装置は、半導体レーザ素
子１と、導電性を有するＳｉからなるサブマウント３１
と、ステム２０とを備えている。半導体レーザ素子１
は、ｐ側電極１３およびｎ側電極１４を下向きにしてジ
ャンクションダウンでサブマウント３１に固着されてい
る。なお、半導体レーザ素子１の構成は、図２に示した
第１実施形態の構成と同様である。また、図７に示すよ
うに、半導体レーザ素子１の裏面上には、電極パターン
３５が形成されている。なお、電極パターン３５が、本
発明の「第３電極」の一例である。

【００４７】また、サブマウント３１の表面上には、電
極パターン３２が形成されている。電極パターン３２の
上面上のうち、ｎ側電極１４に対応する部分には、約４
００ｎｍ〜約１０００ｎｍの厚みを有する絶縁層３４が
形成されている。また、電極パターン３２上の、絶縁層
３４が形成されていない部分には、半田などからなる融
着材３３が形成されている。そして、ｎ側電極１４と、
半導体レーザ素子１の裏面に設けられた電極パターン３
５とを電気的に接続するように、銀ペーストなどからな
る導電部材３６が形成されている。また、半導体レーザ
素子１の裏面上の電極パターン３５上と、ステム２０の
ポール２０ｂとを電気的に接続するように、ボンディン
グワイヤ３７が形成されている。なお、このボンディン
グワイヤ３７が、本発明の「第１ボンディングワイヤ」
の一例である。なお、半導体レーザ素子１の構成は、第
１実施形態と同様である。

【００４８】次に、図７〜図９を参照して、第３実施形
態の半導体レーザ装置の組立方法について説明する。ま
ず、図８に示すように、半導体レーザ素子１のｎ側電極
１４の上面上に、第１実施形態と同様、ＳｉＯ₂蒸着膜
１５を形成する。また、半導体レーザ素子１の裏面に、
電極パターン３５を形成する。

【００４９】次に、図９に示すように、半導体レーザ素
子１のｐ側電極１３およびｎ側電極１４を下向きにし
て、ジャンクションダウンで、導電性を有するＳｉから
なるサブマウント３１に取り付ける。このとき、半導体
レーザ素子１を、ｐ側電極１３の上面のほぼ全面が、融
着材３３と接触するように配置する。より詳細には、サ
ブマウント３１上の融着材３３および絶縁層３４の境界
と、ｐ側電極１３およびｎ側電極１４の境界とが、ほぼ
一致するように、半導体レーザ素子１をサブマウント３
１上に配置する。また、ｎ側電極１４と電極パターン３
５とを電気的に接続するように、銀ペーストなどを１滴
程度滴下することによって、導電部材３６を形成する。
この導電部材３６は、サブマウント３１の絶縁層３４上
に配置されるように形成する。

【００５０】このようにして組み立てられた第３実施形
態による半導体レーザ装置の電流経路としては、ステム
２０の端子（図示せず）から供給された電流が、ブロッ
ク２０ａを介して、導電性を有するサブマウント３１、
電極パターン３２、融着材３３、ｐ側電極１３、半導体
レーザ素子１の各層１２〜４（図２参照）、ｎ側電極１
４、導電部材３６およびボンディングワイヤ３７を経
て、ポール２０ｂへと流れる。

【００５１】第３実施形態では、上記のように、半導体
レーザ素子１の裏面上に電極パターン３５を形成すると
ともに、その電極パターン３５と、ｎ側電極１４とを電
気的に接続する導電部材３６を設け、かつ、電極パター
ン３５の上面にボンディングワイヤ３７を接合すること
によって、半導体レーザ素子１をジャンクションダウン
でサブマウント３１に取り付ける場合に、ｐ側電極１３
のみをサブマウント３１の電極パターン３２上の融着材
３３に位置合わせして接合するだけでよくなる。これに
より、図１２に示した従来のｐ側電極１０２およびｎ側
電極１０３の両方をサブマウント１０４の電極パターン
１０５に位置合わせして接合する場合と異なり、半導体
レーザ素子１をサブマウント３１に取り付ける際に、高
い位置合わせ精度が必要でなくなるので、容易に、半導
体レーザ素子１をサブマウント３１に取り付けることが
できる。その結果、半導体レーザ素子１をサブマウント
３１に取り付ける際の歩留まりを向上させることができ
る。

【００５２】また、第３実施形態では、サブマウント３
１上に半導体レーザ素子１を配置した後、ｎ側電極１４
と電極パターン３５とを接続する導電部材３６を形成す
る際に、その導電部材３６がサブマウント３１の絶縁層
３４上に配置されるので、導電部材３６とサブマウント
３１上の融着材３３とが接触するのを防止することがで
きる。その結果、導電部材３６とサブマウント３１の融
着材３３とを介して、ｎ側電極１４とｐ側電極１３とが
短絡するのを防止することができる。

【００５３】また、第３実施形態では、ｎ側電極１４の
上面のうちのｐ側電極１３側の領域上にＳｉＯ₂蒸着膜
１５を形成することによって、ｐ側電極１３の取り付け
位置が、ｎ側電極１４とは反対の方向にずれた場合に
も、ｎ側電極１４と融着材３３とが接触するのを防止す
ることができる。これにより、融着材３３を介して、ｎ
側電極１４とｐ側電極１３とが短絡するのを防止するこ
とができる。これによっても、半導体レーザ素子１をサ
ブマウント３１に取り付ける際の歩留まりをより向上さ
せることができる。

【００５４】（第４実施形態）図１０は、本発明の第４
実施形態による半導体レーザ装置の全体構成を示した断
面図である。図１１は、本発明の第４実施形態による半
導体レーザ装置の組立方法を説明するための断面図であ
る。この第４実施形態では、図７〜図９に示した第３実
施形態の導電性を有するＳｉからなるサブマウント３１
の代わりに、絶縁性のダイヤモンドまたはＡｌＮからな
るサブマウント４１を用いた例を示している。なお、サ
ブマウント４１が、本発明の「基台」の一例である。

【００５５】まず、図１０を参照して、本発明の第４実
施形態による半導体レーザ装置の全体構成について説明
する。この第２実施形態では、絶縁性のダイヤモンドま
たはＡｌＮからなるサブマウント４１の表面上に、電極
パターン３３が形成されている。電極パターン３３上に
は、第３実施形態と同様、半田などからなる融着材３３
が形成されるとともに、絶縁層３４が形成されている。
また、融着材３３上の所定位置には、金ワイヤなどから
なるボンディングワイヤ４２の一端が接合されている。
ボンディングワイヤ４２の他端は、ステム２０のブロッ
ク２０ａに接合されている。なお、この第４実施形態の
半導体レーザ装置におけるその他の構成は、図７に示し
た第３実施形態の構成と同様である。

【００５６】なお、第４実施形態の半導体レーザ装置の
組立方法としては、図８および図９に示した第３実施形
態と同様の方法を用いて、半導体レーザ素子１をサブマ
ウント４１に取り付ける。この後、第４実施形態の組立
方法では、ボンディングワイヤ４２の一端を超音波など
を用いてサブマウント４１の電極パターン３２上の所定
位置に融着材３３を介して接合する。そして、ボンディ
ングワイヤ４２の他端を超音波などを用いてステム２０
のブロック２０ａに接合する。

【００５７】このようにして組み立てられた第４実施形
態による半導体レーザ装置の電流経路としては、ステム
２０の端子（図示せず）から供給された電流が、ブロッ
ク２０ａおよびボンディングワイヤ４２を介して、融着
材３３、電極パターン３２、ｐ側電極１３、半導体レー
ザ素子１の各層１２〜４、ｎ側電極１４、導電部材３
６、電極パターン３５およびボンディングワイヤ３７を
経て、ポール２０ｂへと流れる。

【００５８】第４実施形態では、上記のように、半導体
レーザ素子１の裏面上に電極パターン３５を形成すると
ともに、その電極パターン３５と、ｎ側電極１４とを電
気的に接続する導電部材３６を設け、かつ、電極パター
ン３５の上面にボンディングワイヤ３７を接合すること
によって、第３実施形態と同様、半導体レーザ素子１を
ジャンクションダウンでサブマウント４１に取り付ける
場合に、ｐ側電極１３のみをサブマウント４１の融着材
３３に位置合わせして接合するだけでよくなる。これに
より、半導体レーザ素子１をサブマウント４１に取り付
ける際に、高い位置合わせ精度が必要でなくなるので、
容易に、半導体レーザ素子１をサブマウント４１に取り
付けることができる。その結果、半導体レーザ素子１を
サブマウント４１に取り付ける際の歩留まりを向上させ
ることができる。

【００５９】また、第４実施形態では、サブマウント４
１上に半導体レーザ素子１を配置した後、ｎ側電極１４
と電極パターン３５とを接続する導電部材３６を形成す
る際に、その導電部材３６がサブマウント４１の絶縁層
３４上に配置されるので、第３実施形態と同様、導電部
材３６とサブマウント４１上の融着材３３とが接触する
のを防止することができる。その結果、導電部材３６と
サブマウント４１の融着材３３とを介して、ｎ側電極１
４とｐ側電極１３とが短絡するのを防止することができ
る。

【００６０】また、第４実施形態では、第３実施形態と
同様、ｎ側電極１４の上面のうちのｐ側電極１３側の領
域上にＳｉＯ₂蒸着膜１５を形成することによって、ｐ
側電極１３の取り付け位置が、ｎ側電極１４とは反対の
方向にずれた場合にも、ｎ側電極１４と融着材３３とが
接触するのを防止することができる。これにより、融着
材３３を介して、ｎ側電極１４とｐ側電極１３とが短絡
するのを防止することができる。これによっても、半導
体レーザ素子１をサブマウント４１に取り付ける際の歩
留まりをより向上させることができる。

【００６１】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって、制限的なものではないと考えられ
るべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説
明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許
請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更
が含まれる。

【００６２】たとえば、上記第３および第４実施形態で
は、導電部材３６を銀ペーストなどを用いて形成した
が、本発明はこれに限らず、溶けた半田などを用いても
よい。

【００６３】また、上記第１〜第４実施形態では、窒化
物系半導体からなる半導体レーザ素子について示した
が、本発明はこれに限らず、他の半導体材料からなる半
導体レーザ素子についても同様に適用可能である。

【００６４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、半導体
レーザ素子をジャンクションダウンで基台に取り付ける
際の歩留まりを向上させることが可能な半導体レーザ装
置およびその組立方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置
の全体構成を示した断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置に含
まれる半導体レーザ素子の詳細構造を示した斜視図であ
る。

【図３】本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置の組
立方法をを説明するための断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置の組
立方法をを説明するための断面図である。

【図５】本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置
の全体構成を示した断面図である。

【図６】本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の組
立方法をを説明するための断面図である。

【図７】本発明の第３実施形態による半導体レーザ装置
の全体構成を示した断面図である。

【図８】本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置の組
立方法をを説明するための断面図である。

【図９】本発明の第３実施形態の半導体レーザ装置の組
立方法をを説明するための断面図である。

【図１０】本発明の第４実施形態による半導体レーザ装
置の全体構成を示した断面図である。

【図１１】本発明の第４実施形態の半導体レーザ装置の
組立方法をを説明するための断面図である。

【図１２】従来の半導体レーザ装置の組立方法をを説明
するための断面図である。

【符号の説明】

１半導体レーザ素子２サファイア基板（絶縁基板）３ＧａＮバッファ層（半導体層）４、７ｎ型ＧａＮ層（半導体層）５ｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層（半導体層）６ｎ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ層（半導体層）８ＭＱＷ発光層（活性層）９ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層（半導体層）１０、１２ｐ型ＧａＮ層（半導体層）１１ｐ型Ａｌ_0.12Ｇａ_0.88Ｎ層（半導体層）１３ｐ側電極（第１電極）１４ｎ側電極（第２電極）１６、３７ボンディングワイヤ（第１ボンディングワ
イヤ）１７、２１、３１、４１サブマウント（基台）１８、２２、３２電極パターン３４絶縁層３５電極パターン（第３電極）３６導電部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に形成された活性層を含む半導
体層と、前記半導体層の上面上に形成された第１電極
と、前記半導体層の上面の一部が除去された領域の表面
上に形成された第２電極とを含む半導体レーザ素子と、前記第２電極の上面に接合された第１ボンディングワイ
ヤと、前記半導体レーザ素子が前記第１電極側から取り付けら
れる基台とを備えた、半導体レーザ装置。
【請求項２】前記第２電極の少なくとも前記第１ボンデ
ィングワイヤが接合される部分は前記基台の上面上に位
置せずに、前記第１電極が前記基台の上面上に位置する
ように、前記半導体レーザ素子が前記基台に取り付けら
れる、請求項１に記載の半導体レーザ装置。
【請求項３】絶縁基板上に形成された活性層を含む半導
体層と、前記半導体層の上面上に形成された第１電極
と、前記半導体層の上面の一部が除去された領域の表面
上に形成された第２電極と、前記絶縁基板の裏面上に形
成された第３電極とを含む半導体レーザ素子と、前記第２電極と前記第３電極とを電気的に接続するよう
に形成された導電部材と、前記半導体レーザ素子が前記第１電極側から取り付けら
れる基台と、前記第３電極の上面に接合された第１ボンディングワイ
ヤとを備えた、半導体レーザ装置。
【請求項４】前記基台は、前記第１電極の上面が取り付
けられる部分に形成された導電層と、前記第２電極に対
応する部分に形成された絶縁層とを含む、請求項３に記
載の半導体レーザ装置。
【請求項５】前記第２電極の上面のうちの前記第１電極
側の領域上に形成された第１絶縁膜をさらに備える、請
求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体レーザ装置。
【請求項６】絶縁基板上に形成された活性層を含む半導
体層と、前記半導体層の上面上に形成された第１電極
と、前記半導体層の上面の一部が除去された領域の表面
上に形成された第２電極とを含む半導体レーザ素子の前
記第２電極の上面に第１ボンディングワイヤを接合する
工程と、前記半導体レーザ素子を前記第１電極側から基台に取り
付ける工程とを備えた、半導体レーザ装置の組立方法。
【請求項７】前記半導体レーザ素子を基台に取り付ける
工程は、前記第２電極の少なくとも第１ボンディングワイヤが接
合される部分が前記基台の上面上に位置せずに、前記第
１電極が前記基台の上面上に位置するように、前記基台
に前記第１電極を接合する工程を含む、請求項６に記載
の半導体レーザ装置の組立方法。
【請求項８】絶縁基板上に形成された活性層を含む半導
体層と、前記半導体層の上面上に形成された第１電極
と、前記半導体層の上面の一部が除去された領域の表面
上に形成された第２電極と、絶縁基板の裏面上に形成さ
れた第３電極とを含む半導体レーザ素子を、前記第１電
極側から基台に取り付ける工程と、前記第２電極と前記第３電極とを電気的に接続するよう
に導電部材を形成する工程と、前記第３電極の上面に第１ボンディングワイヤを接合す
る工程とを備えた、半導体レーザ装置の組立方法。
【請求項９】前記基台は、前記第１電極の上面が取り付
けられる部分に形成された導電層と、前記第２電極に対
応する部分に形成された絶縁層とを含み、前記半導体レーザ素子を前記基台に取り付ける工程は、前記第１電極の上面が前記基台の導電層に接触するとと
もに、前記第２電極が前記基台の絶縁層に対向するよう
に、前記半導体レーザ素子を前記基台に取り付ける工程
を含む、請求項８に記載の半導体レーザ装置の組立方
法。