JP2003086883A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置Info
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- H01L2224/4912—Layout
- H01L2224/49175—Parallel arrangements
Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体レーザ素子の基板側における放熱特性
を向上させる。 【解決手段】 半導体レーザ素子１０の基板側電極面に
形成された複数のバンプ２０と、前記複数のバンプ２０
を形成し、前記複数のバンプ２０と前記引き出し電極１
５又は表面に金属層を有した絶縁体から成るサブマウン
ト(応力緩和部材)１４間に形成される空隙に、Ａｇペー
スト又ははんだ材料から成る熱伝導性の材料２１を充填
し、半導体レーザの基板側からの放熱を能率良く行うよ
うにした。
を向上させる。 【解決手段】 半導体レーザ素子１０の基板側電極面に
形成された複数のバンプ２０と、前記複数のバンプ２０
を形成し、前記複数のバンプ２０と前記引き出し電極１
５又は表面に金属層を有した絶縁体から成るサブマウン
ト(応力緩和部材)１４間に形成される空隙に、Ａｇペー
スト又ははんだ材料から成る熱伝導性の材料２１を充填
し、半導体レーザの基板側からの放熱を能率良く行うよ
うにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ装
置、とくに放熱性能を向上させた半導体装置に関するも
のである。
置、とくに放熱性能を向上させた半導体装置に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザはストレージ用等に広く用
いられているが、例えば光ピックアップ等において、近
年の記録の高密度化等に対応して半導体レーザ（ＬＤ）
の高出力化及び高信頼性化が求められている。ところ
で、半導体レーザ装置の出力が高くなるとそれに伴って
発生する熱量も不可避的に増大するが、半導体レーザ素
子は自身の放出する熱による劣化等の影響を受け易いた
め、半導体の出力が上がるに従って発生する熱は半導体
レーザの性能向上にとって深刻な問題となっている。と
くに、半導体レーザ装置においてはＣＯＤ(瞬時光学損
傷)現象が発生することが知られている。これは、レー
ザ光が界面準位が多くバンドギャップが縮小している端
面付近にくると、光吸収→非発光再結合という過程でそ
の光エネルギーが熱に変わり端面温度が上昇することか
ら、光出力を増していくと端面でのバンドギャップが益
々縮小し光吸収(発熱)が多くなるという正の循環が生
じ、これにより端面が破壊される現象であるが、この現
象は、半導体レーザ装置で高出力状態で高い信頼性を得
るための阻害要因となっている。そのため、一般的にＣ
ＯＤ防御レベルを高めることが要求されている。
いられているが、例えば光ピックアップ等において、近
年の記録の高密度化等に対応して半導体レーザ（ＬＤ）
の高出力化及び高信頼性化が求められている。ところ
で、半導体レーザ装置の出力が高くなるとそれに伴って
発生する熱量も不可避的に増大するが、半導体レーザ素
子は自身の放出する熱による劣化等の影響を受け易いた
め、半導体の出力が上がるに従って発生する熱は半導体
レーザの性能向上にとって深刻な問題となっている。と
くに、半導体レーザ装置においてはＣＯＤ(瞬時光学損
傷)現象が発生することが知られている。これは、レー
ザ光が界面準位が多くバンドギャップが縮小している端
面付近にくると、光吸収→非発光再結合という過程でそ
の光エネルギーが熱に変わり端面温度が上昇することか
ら、光出力を増していくと端面でのバンドギャップが益
々縮小し光吸収(発熱)が多くなるという正の循環が生
じ、これにより端面が破壊される現象であるが、この現
象は、半導体レーザ装置で高出力状態で高い信頼性を得
るための阻害要因となっている。そのため、一般的にＣ
ＯＤ防御レベルを高めることが要求されている。
【０００３】半導体レーザ素子では、上記致命的な破壊
損傷以外にも、温度上昇が光出力−電流特性、波長、ノ
イズ、寿命に大きな影響を与え、各基本特性は動作中の
発熱で全て悪化の方向にシフトすることが知られてい
る。
損傷以外にも、温度上昇が光出力−電流特性、波長、ノ
イズ、寿命に大きな影響を与え、各基本特性は動作中の
発熱で全て悪化の方向にシフトすることが知られてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そのため、現状の組立
工程では活性層で発生した熱の放熱を考慮し、活性層か
ら近いＰ電極側を直接またはサブマウントを介してヒー
トシンクにボンディングする方式が広く採用されてい
る。図３は従来の半導体レーザ装置の１例の構造を示し
ている。半導体レーザ装置１０は、ＬＤバー１１、その
活性層に近いＰ電極側をサブマウント１２を介してヒー
トシンク１３にボンディングされると共に、基板側は、
接続ワイヤー１５を介してヒートシンク１３側に絶縁層
１４を備えた引き出し電極１６にボンディングされてい
る。このようなＬＤ装置において、レーザ出力に貢献し
ない自然放出光の大半は基板やコンタクトキャップ層で
吸収され、これが半導体レーザにおける発熱を生じてい
る。つまり、ＬＤ内の発熱は「キャップ層」「基板」
「クラッド層」「端面近傍」で多く発生するが、現状の
放熱構造では、キャップ層側は熟伝導率の高いヒートシ
ンク１３またはサブマウント１２にボンディングされて
おり放熱が十分行われているが、基板側では、その放熱
手段は引き出し電極１６との間の接続ワイヤー１５のみ
であり放熟性が十分ではなかった。そこで、本発明の目
的は、基板側の放熱性を高めることによって、熱の影響
を抑制した半導体レーザ（ＬＤ）装置を得ることであ
る。
工程では活性層で発生した熱の放熱を考慮し、活性層か
ら近いＰ電極側を直接またはサブマウントを介してヒー
トシンクにボンディングする方式が広く採用されてい
る。図３は従来の半導体レーザ装置の１例の構造を示し
ている。半導体レーザ装置１０は、ＬＤバー１１、その
活性層に近いＰ電極側をサブマウント１２を介してヒー
トシンク１３にボンディングされると共に、基板側は、
接続ワイヤー１５を介してヒートシンク１３側に絶縁層
１４を備えた引き出し電極１６にボンディングされてい
る。このようなＬＤ装置において、レーザ出力に貢献し
ない自然放出光の大半は基板やコンタクトキャップ層で
吸収され、これが半導体レーザにおける発熱を生じてい
る。つまり、ＬＤ内の発熱は「キャップ層」「基板」
「クラッド層」「端面近傍」で多く発生するが、現状の
放熱構造では、キャップ層側は熟伝導率の高いヒートシ
ンク１３またはサブマウント１２にボンディングされて
おり放熱が十分行われているが、基板側では、その放熱
手段は引き出し電極１６との間の接続ワイヤー１５のみ
であり放熟性が十分ではなかった。そこで、本発明の目
的は、基板側の放熱性を高めることによって、熱の影響
を抑制した半導体レーザ（ＬＤ）装置を得ることであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半導
体レーザの電極面と直接又はサブマウントを介して接触
する引出し電極とを有する半導体レーザ装置において、
前記電極面の表面積を拡大し、該表面積が拡大された表
面と前記引き出し電極又はサブマウントを接触させるこ
とを特徴とする半導体レーザ装置である。
体レーザの電極面と直接又はサブマウントを介して接触
する引出し電極とを有する半導体レーザ装置において、
前記電極面の表面積を拡大し、該表面積が拡大された表
面と前記引き出し電極又はサブマウントを接触させるこ
とを特徴とする半導体レーザ装置である。
【０００６】請求項２の発明は、半導体レーザの電極面
に形成された複数のバンプと、該複数のバンプと直接又
はサブマウントを介して接触する引出し電極とを有する
半導体レーザ装置において、前記複数のバンプと前記引
き出し電極又はサブマウント間に形成される空隙に熱伝
導性の材料を充填したことを特徴とする半導体レーザ装
置である。
に形成された複数のバンプと、該複数のバンプと直接又
はサブマウントを介して接触する引出し電極とを有する
半導体レーザ装置において、前記複数のバンプと前記引
き出し電極又はサブマウント間に形成される空隙に熱伝
導性の材料を充填したことを特徴とする半導体レーザ装
置である。
【０００７】請求項３の発明は、半導体レーザの電極面
に形成された複数の凹凸条と、該複数の凹凸条と直接又
はサブマウントを介して接触する引出し電極とを有する
半導体レーザ装置において、前記電極面とその上に配置
される引き出し電極又はサブマウントの間に形成される
空隙に、熱伝導性の材料を充填したことを特徴とする半
導体レーザ装置である。
に形成された複数の凹凸条と、該複数の凹凸条と直接又
はサブマウントを介して接触する引出し電極とを有する
半導体レーザ装置において、前記電極面とその上に配置
される引き出し電極又はサブマウントの間に形成される
空隙に、熱伝導性の材料を充填したことを特徴とする半
導体レーザ装置である。
【０００８】請求項４の発明は、請求項１乃至３のいず
れかに記載されたレーザ装置において、前記熱伝導性の
材料の熱伝導率は、前記半導体レーザの電極のそれと同
等かそれよりも高いことを特徴とする半導体レーザ装置
である。
れかに記載されたレーザ装置において、前記熱伝導性の
材料の熱伝導率は、前記半導体レーザの電極のそれと同
等かそれよりも高いことを特徴とする半導体レーザ装置
である。
【０００９】請求項５の発明は、請求項１乃至３のいず
れかに記載されたレーザ装置において、前記熱伝導性の
材料は導電ペースト又ははんだ材であることを特徴とす
る半導体レーザ装置である。
れかに記載されたレーザ装置において、前記熱伝導性の
材料は導電ペースト又ははんだ材であることを特徴とす
る半導体レーザ装置である。
【００１０】
［発明の詳細な説明］本発明の基板側電極面の表面積を
拡大し、該表面積が拡大された表面と前記引き出し電極
又はサブマウントを接触させるＬＤ装置の実施形態につ
いて、添付図面を参照して説明する。図１はＬＤバー１
１の電極上にバンプ２０を形成した本発明の第１の実施
形態を示し、図１Ａはその要部斜視図、図１Ｂは要部断
面図である。この実施形態は、従来のＬＤ装置における
接続ワイヤーを用いずに、ＬＤバー基板側電極に熱伝導
率が電極と同等以上の材料でバンプ２０を形成し、バン
プ上方に位置している引き出し電極１５、又は図示しな
い表面に金属層を有した絶縁体から成るサブマウント
(応力緩和部材)間に導電ぺ一スト(Ag)またははんだ材２
１を充填して両者を接合し、基板電極と引き出し電極１
５を直接又は前記サブマウントを介して接続する構造か
ら成っている。ＬＤ装置をこのように構成することによ
り、引き出し電極１５をヒートシンクとして有効に活用
することができ、従来の接続ワイヤーを介して放熱を行
っていた装置に較べて、基板側からの放熱性を大幅に向
上させることができる。
拡大し、該表面積が拡大された表面と前記引き出し電極
又はサブマウントを接触させるＬＤ装置の実施形態につ
いて、添付図面を参照して説明する。図１はＬＤバー１
１の電極上にバンプ２０を形成した本発明の第１の実施
形態を示し、図１Ａはその要部斜視図、図１Ｂは要部断
面図である。この実施形態は、従来のＬＤ装置における
接続ワイヤーを用いずに、ＬＤバー基板側電極に熱伝導
率が電極と同等以上の材料でバンプ２０を形成し、バン
プ上方に位置している引き出し電極１５、又は図示しな
い表面に金属層を有した絶縁体から成るサブマウント
(応力緩和部材)間に導電ぺ一スト(Ag)またははんだ材２
１を充填して両者を接合し、基板電極と引き出し電極１
５を直接又は前記サブマウントを介して接続する構造か
ら成っている。ＬＤ装置をこのように構成することによ
り、引き出し電極１５をヒートシンクとして有効に活用
することができ、従来の接続ワイヤーを介して放熱を行
っていた装置に較べて、基板側からの放熱性を大幅に向
上させることができる。
【００１１】図２は本発明の第２の実施形態を示すＬＤ
装置の要部斜視図である。図中、ＬＤバー１１の基板面
に例えば複数の溝１１ａを平行に施した上で電極層を形
成し、第１の実施形態と同様に、ＬＤバー１１上方に位
置している引き出し電極または表面に金属層を有した絶
縁体から成るサブマウント１５との間に導電ぺ一スト(A
g)またははんだ材２１を充填して接合する、つまり基板
電極と引き出し電極１５を直接又は前記サブマウントを
介して接続する構造となっている。この場合も第１の実
施形態と同様に引き出し電極１５をヒートシンクとして
有効に活用することができ、従来の接続ワイヤーを介し
て放熱を行っていた装置に較べて、基板側からの放熱性
を大幅に向上させることができる。
装置の要部斜視図である。図中、ＬＤバー１１の基板面
に例えば複数の溝１１ａを平行に施した上で電極層を形
成し、第１の実施形態と同様に、ＬＤバー１１上方に位
置している引き出し電極または表面に金属層を有した絶
縁体から成るサブマウント１５との間に導電ぺ一スト(A
g)またははんだ材２１を充填して接合する、つまり基板
電極と引き出し電極１５を直接又は前記サブマウントを
介して接続する構造となっている。この場合も第１の実
施形態と同様に引き出し電極１５をヒートシンクとして
有効に活用することができ、従来の接続ワイヤーを介し
て放熱を行っていた装置に較べて、基板側からの放熱性
を大幅に向上させることができる。
【００１２】次に、以上の構成により放熱性が向上する
ことを具体的に説明すると、例えば、共振器長O.7mm、
長さ1Ommの従来のＬＤバーを例に採って説明すると、電
極表面積は7mm２であるが、第１実施形態の構造におい
て、底面φ0.05mm、高0.05mmのバンプ２０をＬＤバー１
１の基板面に10O個形成した場含には、伝熱表面積は約
7.44mm２となり6%拡大できる。
ことを具体的に説明すると、例えば、共振器長O.7mm、
長さ1Ommの従来のＬＤバーを例に採って説明すると、電
極表面積は7mm２であるが、第１実施形態の構造におい
て、底面φ0.05mm、高0.05mmのバンプ２０をＬＤバー１
１の基板面に10O個形成した場含には、伝熱表面積は約
7.44mm２となり6%拡大できる。
【００１３】第２の実施形態の構造において、例えば、
溝１１ａを深さ0.02mmで30本設けた場合には、伝熟表面
積は約7．84mm２と12%拡大できる。ところで、熱の伝わ
り易さは伝熱面積に比例する(熱抵抗は熱の伝わり易さ
の逆数と考えられる)から、以上説明したとおり本発明
の構造を採ることによりＬＤ装置におけるの放熱性、と
くにその基板側の放熱性が大幅に改善される。
溝１１ａを深さ0.02mmで30本設けた場合には、伝熟表面
積は約7．84mm２と12%拡大できる。ところで、熱の伝わ
り易さは伝熱面積に比例する(熱抵抗は熱の伝わり易さ
の逆数と考えられる)から、以上説明したとおり本発明
の構造を採ることによりＬＤ装置におけるの放熱性、と
くにその基板側の放熱性が大幅に改善される。
【００１４】
【発明の効果】本発明の構成により、半導体レーザ（Ｌ
Ｄ）の活性層で発生した熱の放熱効率を向上することが
でき、温度特性及び信頼性良好な半導体レーザ（ＬＤ）
装置を得ることができる。
Ｄ）の活性層で発生した熱の放熱効率を向上することが
でき、温度特性及び信頼性良好な半導体レーザ（ＬＤ）
装置を得ることができる。
【図１】本発明の半導体レーザ装置第１の実施形態の要
部構造を示す図で、図１Ａはその要部斜視図、図２Ｂは
要部断面図である。
部構造を示す図で、図１Ａはその要部斜視図、図２Ｂは
要部断面図である。
【図２】本発明の半導体レーザ装置の第２の実施形態の
要部構造を示す斜視図である。
要部構造を示す斜視図である。
【図３】従来の半導体レーザ装置の要部斜視図である。
１０…半導体レーザ装置、１１…ＬＤバー、１１ａ…
溝、１２…サブマウント、１３…ヒートシンク、１４…
絶縁層、１５…接続ワイヤー、１６…引き出し電極、２
０…バンプ、２１…充填材、
溝、１２…サブマウント、１３…ヒートシンク、１４…
絶縁層、１５…接続ワイヤー、１６…引き出し電極、２
０…バンプ、２１…充填材、
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体レーザの電極面と直接又はサブマ
ウントを介して接触する引出し電極とを有する半導体レ
ーザ装置において、 前記電極面の表面積を拡大し、該表面積が拡大された表
面と前記引き出し電極又はサブマウントを接触させるこ
とを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 半導体レーザの電極面に形成された複数
のバンプと、該複数のバンプと直接又はサブマウントを
介して接触する引出し電極とを有する半導体レーザ装置
において、 前記複数のバンプと前記引き出し電極又はサブマウント
間に形成される空隙に熱伝導性の材料を充填したことを
特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 半導体レーザの電極面に形成された複数
の凹凸条と、該複数の凹凸条と直接又はサブマウントを
介して接触する引出し電極とを有する半導体レーザ装置
において、 前記電極面とその上に配置される引き出し電極又はサブ
マウントの間に形成される空隙に、熱伝導性の材料を充
填したことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載されたレ
ーザ装置において、前記熱伝導性の材料の熱伝導率は、
前記半導体レーザの電極のそれと同等かそれよりも高い
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項５】請求項１乃至３のいずれかに記載されたレ
ーザ装置において、前記熱伝導性の材料は導電ペースト
又ははんだ材であることを特徴とする半導体レーザ装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273898A JP2003086883A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 半導体レーザ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001273898A JP2003086883A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003086883A true JP2003086883A (ja) | 2003-03-20 |
Family
ID=19099041
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001273898A Pending JP2003086883A (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 半導体レーザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003086883A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008258489A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| DE102008026229A1 (de) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Jenoptik Laserdiode Gmbh | Wärmeübertragungsvorrichtung zur doppelseitigen Kühlung eines Halbleiterbauelementes |
| CN102064465A (zh) * | 2010-12-16 | 2011-05-18 | 刘兴胜 | 一种双向制冷式半导体激光器及其制备方法 |
| US8159835B2 (en) | 2008-12-25 | 2012-04-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Laser apparatus |
| WO2016103536A1 (ja) * | 2014-12-26 | 2016-06-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体装置 |
| JP2016167492A (ja) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | スタンレー電気株式会社 | 発光装置 |
| JP2018507552A (ja) * | 2015-02-24 | 2018-03-15 | イェノプティック レーザー ゲーエムベーハーＪｅｎｏｐｔｉｋ Ｌａｓｅｒ Ｇｍｂｈ | ダイオードレーザの製造方法とダイオードレーザ |
| EP3447863A4 (en) * | 2016-04-19 | 2019-04-24 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
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| JPWO2019009086A1 (ja) * | 2017-07-07 | 2020-04-30 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JP2021034654A (ja) * | 2019-08-28 | 2021-03-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ装置 |
| WO2021059752A1 (ja) * | 2019-09-27 | 2021-04-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | レーザ発光素子およびレーザ発光装置 |
| WO2021213107A1 (zh) * | 2020-04-21 | 2021-10-28 | 青岛海信激光显示股份有限公司 | 激光器组件 |
-
2001
- 2001-09-10 JP JP2001273898A patent/JP2003086883A/ja active Pending
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