JP2005505914A - パワーパックレーザダイオードアセンブリ - Google Patents

Abstract

一局面では、本発明は、キャリア、レーザダイオード、第一の結合部材、および第二の結合部材を含むレーザダイオードアセンブリを提供する。キャリアは、その上に形成された導電層を有し、この導電層は少なくとも２つの結合部材を付着するサイズにされる。レーザダイオードは、キャリアに動作可能に結合され、その上に形成された第一および第二の導電パッドを有する。第一および第二の導電パッドは、それぞれ、少なくとも一つの結合部材を付着するサイズにされる。第一の結合部材は、第一の導電パッドをキャリアの導電層に結合し、第二の結合部材は、第二の導電パッドをキャリアの導電層に結合する。

Description

【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、大出力レーザダイオードアセンブリに関し、より詳細には、熱散逸を提供するための助けとなるボンディングワイヤを用いるレーザダイオードアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
半導体レーザダイオードは、一般的に、当該技術において知られている。典型的には、半導体レーザダイオードは、結晶の自然劈開面に沿って半導体結晶を劈開することによって半導体レーザダイオードが形成されるときに形成される平行な面（ｆａｃｅｔ）を含む。この面は、なければ半導体本体を抜け出る光の一部分を反射して半導体本体に戻すことによって、半導体レーザダイオード内に位置付けられるｐ−ｎ接合によって出射される光を閉じ込める助けとなる。出射された光のこの反射は、反射された光が半導体本体内で振動する条件を促進する。このｐ−ｎ接合は、基板上に成長されたｐ型およびｎ型のドープされた層によって形成される。ｐ型およびｎ型コンタクトは、これらの層の表面上に形成される。
【０００３】
低いコスト、小さいサイズ、高い機械的安定性、実質的な出力パワーの潜在性および非常に良好な効率（パルス接合半導体レーザダイオードに対して５０％近い場合がある）を含むこれらの多数の利点のために、半導体レーザダイオードは、多くの産業上、科学的、医療および軍事用途における大型で非効率かつ高価なレーザシステム技術に取って代わる可能性がある。半導体レーザ技術はまた、異なる波長でのコヒーレントなレーザ放射光を発生する最も効率的かつ適応性のある方法の一つを提示する。半導体レーザが作製される半導体アロイのタイプを変更することによって、半導体レーザダイオードは、ある範囲の波長の放射光を生成し得る。
【０００４】
半導体レーザダイオードは、光ファイバーネットワークおよび通信システムのための光学ポンピングソースとして用いられ得る。例えば、波長分割多重（ＷＤＭ）光ファイバネットワークは、９８０ｎｍのポンプレーザを用いて、異なる波長で同時に光ファイバシステムを通して送信された信号を増幅する。ＷＤＭ光ファイバネットワークの増大された需要および人気は、ポンプレーザの需要を増大させ、９８０ｎｍレーザから増大されたパワーは、高速度通信システムにとって重大である。
【０００５】
半導体レーザダイオードは、増大される出力パワーを提供する能力を制限する、熱に関連する問題を有し得る。熱の問題は、レーザダイオードからの単位面積あたりのレーザダイオードの大きな熱散逸に関連し、接合温度および応力の上昇を引き起こす。レーザダイオードの光学的出力は、熱が上昇すれば減少し、このため、接合温度の上昇は、レーザダイオードの効率および耐用期間を減少させる傾向にある。接合温度はまた、レーザダイオードの放射された波長に影響する。一定の接合温度を維持することは、所与の出力波長を維持する際に重要である。
【０００６】
レーザダイオードが高出力パワーで動作される場合、無放射の再結合による面での温度上昇は、大きくなり得る。面での温度がレーザを形成するために用いられる半導体材料の融点を超える場合、面の急速な破壊が起こり、これは、適正なレーザダイオード動作を止める。面近くでの接合温度の上昇は、破滅的な光学損傷（ＣＯＤ）を引き起こし得、これは、面に対する永続的な損傷である。面のこの破壊は、結果として、デバイスの故障を生じる。
【０００７】
ヒートシンクが、しばしば、熱散逸の助けとなるようにレーザダイオードに用いられるが、ヒートシンクは、それらが散逸し得るパワー量に制限される。さらに、現在のレーザダイオード設計は、しばしば、十分な熱をヒートシンクに効率的に伝達しない。レーザダイオード自体のサイズを増大させることは、熱が散逸され得る表面積を増大させ得るが、この方法は、チップのサイズによって制限される傾向がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（発明の要旨）
一局面では、本発明の実施形態は、上記のシステムを超える利点を提供し得る熱性能を有する半導体レーザダイオードを提供するシステム、方法、および装置を提供する。少なくとも一つの実施形態では、本発明は、従来技術の設計を超える向上された熱性能を達成し得る。少なくとも一つの実施形態では、レーザダイオードを形成するチップは、レーザダイオードの頂部面の各側面上の少なくとも一つの結合エレメント（ワイヤおよび／またはリボン（ｒｉｂｂｏｎ）等）を用いて頂部面の両側面上に結合される。
【０００９】
少なくとも一つの実施形態では、本発明は、キャリアと、レーザダイオードと、第一の結合部材と、第二の結合部材とを含む、レーザダイオードアセンブリを提供する。キャリアは、頂部および底部を有し、頂部は、その上に形成された頂部導電層を有し、頂部導電層は、少なくとも二つの結合部材を付着するサイズにされる。レーザダイオードは、キャリアに動作可能に結合され、その上に形成された第一および第二の導電パッドを有し、第一および第二の導電パッドはそれぞれ、少なくとも一つの結合部材を付着するサイズにされる。第一の結合部材は、第一の導電パッドをレーザダイオードの導電層に結合し、第二の結合部材は、第二のパッドをレーザダイオードの導電層に結合する。
【００１０】
本発明の実施形態は、以下を含み得る。レーザダイオードは、第一および第二の電極をさらに含み得、レーザダイオードの第一および第二の導電パッドのうち少なくとも一方は、レーザダイオードの第一および第二の電極の一方に動作可能に結合され得る。第一および第二の導電パッドのうちの少なくとも一方は、レーザダイオードの内部パワー生成から結果として生じる熱を散逸するように構成および配置され得る。結合部材の任意の１つ以上は、ワイヤ、リボン、ブレイド（ｂｒａｉｄ）、フィラメント、ファイバおよびテープ等のある長さの導電材料から作製され得る。レーザダイオードアセンブリはまた、第一および第二の導電パッドうちの少なくとも一つを導電層に結合する１以上のさらなる結合部材を含み得る。レーザダイオードは、第一および第二の側面を有するレーザリッジ（ｒｉｄｇｅ）を含み得、第一および第二の導電パッドが、それぞれ、レーザリッジの第一および第二の面の近くまたは頂部上に形成され得る。レーザダイオードアセンブリはまた、実装する等によって、ヒートシンク、そして次いで熱電冷却（ＴＥＣ）デバイスに結合され得る。
【００１１】
この局面の実施形態はまた、以下を含む。少なくとも一つの実施形態では、キャリア上に形成される導電層は、第一および第二の導電層部分を含み、ここで、レーザダイオードの第一の導電パッドは、結合部材を用いてキャリアの第一の導電層部分に結合され、レーザダイオードの第二の導電パッドは、結合部材を用いてキャリアの第二の導電層部分に結合される。少なくとも一つの実施形態では、第一および第二の導電パッドが、レーザダイオードのｐ−コンタクト上に形成される。少なくとも一つの実施形態では、第一および第二の導電パッドがレーザダイオードのｎ−コンタクト上に形成される。少なくとも一つの実施形態では、レーザダイオード上の第一および第二の導電パッドの少なくとも一方は、コンタクトパッドを含む。少なくとも一つの実施形態では、レーザダイオード上の第一および第二の導電パッドの少なくとも一方は、保護パッドを含む。
【００１２】
さらに別の局面では、本発明の少なくとも一つの実施形態は、レーザダイオードアセンブリを作製するための方法を提供する。少なくとも二つの結合部材を付着するサイズにされた導電層がキャリア上に形成される。第一および第二の導電パッドは、レーザダイオード上に形成され、各パッドは少なくとも一つの結合部材を付着するサイズにされる。レーザダイオードは、キャリアに動作可能に結合され、結合部材は、レーザダイオードの第一の導電パッドをキャリアの導電層に結合し、レーザダイオードの第二の導電パッドをキャリア上の導電層に結合する。
【００１３】
本方法の少なくとも一つの実施形態は、実装する等によって、キャリアをヒートシンクそして次いで熱電冷却（ＴＥＣ）デバイスに動作可能に結合する。本方法の実施形態は、第一および第二の導電パッドを、レーザダイオード上に形成されるレーザリッジの第一および第二の側面上に形成する工程を含む。本発明の実施形態では、レーザリッジの第一および第二の側面は、レーザリッジの対向面である。
【００１４】
さらに別の局面では、本発明の少なくとも一つの実施形態は、キャリアと、第一の結合部材と、第二の結合部材とを含むレーザダイオードアセンブリを提供する。キャリアは、レーザダイオードチップを実装するために構造化されかつ配置され、第一の電極領域および第二の電極領域を含む。レーザダイオードは、キャリアの第二の電極領域に実装される第一の面と、第一および第二の導電パッドを含む第二の面とを有する。第一の結合部材は、レーザダイオードの第一の導電パッドを、キャリアの第一の電極領域に結合し、第二の結合部材は、レーザダイオードの第二の導電パッドを、キャリアの第一の電極領域に結合する。例えば、少なくとも一つの実施形態では、第一の結合部材は、レーザダイオードの第一の導電パッドを、キャリア上のｐ型コンタクト領域に結合し、第二の結合部材は、レーザダイオードの第二の導電パッドを、キャリア上の別のｐ型コンタクト領域に結合する。
【００１５】
この局面の実施形態は、以下を含む。少なくとも一つの実施形態では、キャリア上の第一および第二のコンタクト領域は、実装する等によって、レーザダイオードのｎ型電極およびｐ型電極にそれぞれ結合される。少なくとも一つの実施形態では、レーザダイオードの第一の面は、レーザダイオードのｎ面である。少なくとも一つの実施形態では、レーザダイオードの第一の面は、レーザダイオードのｐ面である。少なくとも一つの実施形態では、キャリア上の第一および第二のコンタクト領域の少なくとも一方は、ｐ型コンタクト領域であり、このｐ型コンタクト領域は、それ自体で、１以上のコンタクト領域を含み得る。
【００１６】
少なくとも一つの実施形態では、第二の導電パッドは、２以上の導電パッドを含む。例えば、ある実施形態では、第二の導電パッドは、３つの導電パッドを含み、それらのそれぞれは、少なくとも一つの結合部材を介して、キャリア上のｐ型コンタクト領域に結合される。別の例では、第二の導電パッドは、２つの導電パッドを含み、キャリア上のｐ型コンタクト領域は、２つの導電ｐ型領域を含む。第二の導電パッドを含む２つの導電パッドのそれぞれは、１以上の結合部材を介して、２つの導電ｐ型領域のいずれかまたは両方に結合され得る。
【００１７】
この局面の実施形態では、ダイオードは、対向エッジを有するレーザリッジをさらに含み、第一および第二の導電パッドは、レーザリッジの対向エッジに隣接する。これは、例えば、レーザダイオードの第二面の実質的に近くに形成され得る。この局面の少なくとも一つの実施形態では、レーザダイオードの第二面は、レーザダイオードの頂部面であり、レーザリッジは、レーザダイオードの頂部面の実質的に近くに形成され、第一および第二面を有し、第一および第二導電パッドは、レーザリッジの第一および第二面上にそれぞれ配置され得る。一実施形態では、第一および第二面は、レーザダイオードの対向面である。当業者が知っているように、レーザリッジは、レーザダイオードの表面上で可視であっても可視でなくてもよい。例えば、いくつかのレーザダイオードは、埋め込まれたリッジ構造を有する。
【００１８】
本発明の実施形態では、キャリアと、レーザダイオードと、第一の結合部材と、第二の結合部材とを含むレーザダイオードアセンブリが提供される。キャリアは、レーザダイオードチップを実装するために構造化および配列され、第一および第二の電極領域および導電領域を含む。少なくとも一つの実施形態では、第一の電極領域は、ｎ型コンタクト領域であり、第二の電極領域は、ｐ型コンタクト領域である。レーザダイオードは、キャリアの第二電極領域に付着される第一面と、第一および第二導電パッドを含む第二面とを有する。少なくとも一つの実施形態では、レーザダイオードは、キャリア上のｎ型電極領域に結合されるｎ面と、キャリア上のｐ型電極領域に結合されるｐ面を有する。少なくとも一つの実施形態では、第一の結合部材は、レーザダイオードのｐ面の第一の導電パッドを、キャリア上のｐ面電極領域に結合し、第二結合部材は、レーザダイオードのｐ面上の第二導電パッドをキャリアの導電領域に結合する。
【００１９】
このため、本発明の実施形態は、高出力パワーを提供することが可能な半導体レーザダイオードを提供するためのシステム、方法、および装置を提供し得る。本発明のさらなる実施形態は、対称な電流注入および熱分布を有する半導体レーザダイオードを提供するためのシステム、方法、および装置を提供し得る。
【００２０】
本発明の前述および他の目的、局面、特徴、および利点は、添付の図面および特許請求の範囲と連携して見た場合に、本発明の以下の詳細な説明からより明らかになる。
【００２１】
本発明の原理の理解は、以下の明細書および添付図面への参照によって容易に達成され得る。
【００２２】
図面は、必ずしも縮尺通りではなく、その代わりに、一般的に本発明の原理の図示に強調される。
【００２３】
（好適な実施形態の詳細な説明）
伝統的に、９８０ｎｍポンプレーザダイオードチップ等のレーザダイオードチップは、レーザダイオードチップをチップキャリアにワイヤ結合する非対称頂部（ｐコンタクト）コンタクトパッドを有する。これは、サブマウント（ｓｕｂｍｏｕｎｔ）またはハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）とも呼ばれ得る。本発明のレーザダイオードチップおよびアセンブリ設計では、ワイヤは、レーザダイオードチップの頂部面の一方の側面にのみ結合される。
【００２４】
図１は、従来技術のレーザダイオードチップ１０の図示であり、ここでは、ワイヤ結合等の結合は、その側面の一方のみに結び付けられる。レーザダイオードチップ１０は、チップ識別（ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）部分１２と、第一のパッド１４（コンタクトパッド／保護パッド１４とも呼ばれる）と、レーザリッジ１６と、第二のパッド１８（保護パッド１８とも呼ばれる）を含む。コンタクト／保護パッド１４は、金属または金属被膜加工された領域等の領域であり、レーザダイオード１０のｐ−ｎ接合のｐ面のためにコンタクトポイントを提供する。保護パッド１８は、金属または金属被膜加工された領域であり、レーザダイオードチップ１０の表面を保護する助けとなる。
【００２５】
コンタクト／保護パッド１４は、結合ワイヤが、例えば、結合位置２０、２０’でコンタクト／保護パッド１４に、およびチップキャリア（図２参照）上のｐコンタクト領域に結合されることを可能にするために十分な幅（例えば、約１５０マイクロメータ）であり、レーザリッジ１６を保護しかつ、ワイヤ結合（例えば、例えば、直径で約２５ミクロンであり得る結合ワイヤ）を支持するために十分な厚さである。保護パッド１８は、典型的には、コンタクトパッド１４の幅の約半分（例えば、約７５マイクロメータ）である。コンタクト／保護パッド１４および保護パッドの厚さは、典型的には、１〜１０マイクロメータ厚さであり得る。さらに、コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８は、レーザデイオードチップ１０によって発生された熱を分散させることを助長するように、金（Ａｕ）または別の材料（例えば、Ｔｉおよび／またはＰｔ）上にメッキされた金等の導電材料から作製される。
【００２６】
図２は、レーザダイオードアセンブリ２２であり、チップキャリア２８に実装された、図１のレーザダイオードチップ１０を示している。このチップキャリア２８は、例えば、アルミニウム窒化物基板を金属被膜加工して、所定の領域において、ｐおよびｎ領域２４、２０を形成し、（例えば、ハンダ付け、溶接、導電接着等によって）レーザダイオードチップ１０をそのそれぞれの領域（すなわち、レーザダイオードがエピアップ（ｅｐｉ ｕｐ）またはエピダウン（ｅｐｉ ｄｏｗｎ）かどうかに応じたｎ領域またはｐ領域）に付着し、そして、レーザダイオードチップ１０のコンタクトパッド１４をキャリア２８の他（ｎまたはｐ領域）の領域に結合するによって作製され得る。いくつかの例では、キャリア２８は、（例えば、ハンダ付け、溶接、導電接着等によって、）熱伝導金属ヒートシンク（これは、例えば、典型的には、Ｃｕ、Ｎｉ等から作製される；本発明のこの使用の例示のために図４を参照）等の熱散逸デバイスに、次いで、熱電冷却（ＴＥＣ）デバイス、または、ＴＥＣ冷却デバイスのスタックにも付着され得る。
【００２７】
例えば、図２では、チップキャリア２８の領域２６は、チップキャリア２８のｎ領域２６がレーザダイオード１０の底部のｎコンタクトに付着され、チップキャリア２８のｐ領域２４が、ワイヤボンド３０、３０’を介して、コンタクト／保護パッド１４に結合される。このコンタクト／保護パッド１４は、レーザダイオード１０上の適合の電極に動作可能に結合される。これらの結合ワイヤ３０、３０’は、例えば、金等の導電材料から作製される。チップキャリア２８は、例えば、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢｅＯ、ＳｉＣまたは当業者に知られる他の適切な材料（セラミック材料等）から作製され、ｎ型表面コンタクト領域２６も含む。キャリア２８はまた、検出（ｄｅｔｅｃｔｏｒ）領域２３を含み得、この検出領域２３は、フォトダイオードデバイス（図示せず）を実装するために用いられ、背面検出器（ｂａｃｋ ｆａｃｅｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒ）としても知られている。図２が示すように、レーザダイオード１０のｐ型金属被膜加工コンタクト領域上で結合する結合ワイヤ３０、３０’は、レーザダイオード１０の頂部面のちょうど一方の面（コンタクトパッド面）上で結合される。
【００２８】
図３および４は、それぞれ、本発明の少なくとも一つの実施形態にしたがって構築されたレーザダイオードチップ１０の平面図および側面図である。本明細書では示されないが、当業者は、レーザダイオードチップ１０は、半導体材料の層を用いて従来の方法で作製され得ることを認識する。本発明のこの実施形態では、保護層１８の幅が増大される。このため、保護パッド１８の幅が増加されることにより、図３および４の保護パッド１８は、コンタクト／保護パッドとして（すなわち、コンタクト／保護パッド１４のように）機能する。少なくとも一つの実施形態では、保護パッド１８の幅は、ワイヤ結合等の結合部材を付着するために十分な幅に増大される。さらに、本発明の実施形態では、保護パッド１８は、レーザダイオードチップ１０の内部パワー散逸から結果として生じる熱を散逸するように構築および配置される。
【００２９】
図４はまた、例示の目的のために、本発明の少なくとも一つの実施形態にしたがうレーザダイオード１０のｐ金属被膜加工１３およびｎ金属被膜加工１５を示す。
【００３０】
図３および４に示される例示の実施形態では、保護パッド１８の幅（Ｗ１）は、コンタクト／保護パッド１４の幅とほぼ同一の幅（Ｗ２）である（例えば、Ｗ１〜＝Ｗ２〜＝約１５０マイクロメータ幅）。コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８は、ワイヤ結合を（例えば、２０、２０’、２０’’および３２、３２’、３２’’等の位置に）付着するために十分な幅である。コンタクト／保護パッド１４の幅および保護パッド１８の幅は、特定のサイズに制限されず、同一のサイズである必要はない。例えば、コンタクト／保護パッド１４または保護パッド１８のいずれかは、コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８の両方がそれぞれ、ワイヤ結合またはリボン等の結合部材が正しく付着されることを可能にするために十分な幅である限り、他方より大きい幅を有し得る。
【００３１】
図５は、本発明の一実施形態にしたがって構築されたレーザダイオードアセンブリ２２の平面図である。図５では、図３のレーザダイオード１０は、コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８の両方--すなわち、レーザダイオード１０のｐ面の両面を用いてキャリア２８のｐ金属被膜加工領域２４に動作可能に結合される。結合ワイヤ３０、３０’、および３０’’は、コンタクト／保護パッド１４をｐ金属被膜加工領域２４に結合し、結合ワイヤ３４、３４’および３４’’は、保護パッド１８（これは、ここで、コンタクト／保護パッドとして機能する）を、キャリア２８のｐ金属被膜加工領域２４に結合する。結合ワイヤ３０、３０’、３０’’、３４、３４’、および３４’’は、金等の導電材料から形成され、コンタクト／保護パッド１４およびコンタクト／保護パッド１８に結合されることができるサイズにされた直径を有する。例えば、少なくとも一つの実施形態では、結合ワイヤは、２マイクロメータ〜２００マイクロメータの範囲の直径（典型的には、２５マイクロメータ）を有する。結合ワイヤの直径または厚さはまた、結合ワイヤが運ぶことが期待される電流量または結合ワイヤが受ける熱量（例えば、結合ワイヤが伝導および／または散逸し得る熱量）に依存し得る。
【００３２】
図５の実施形態は、結合部材３０、３０’、３０’’、および３４、３４’、３４’’が固体ワイヤから形成されることを示すが、ブレイド、リボン、多数のより線（ｍｕｌｔｉ−ｓｔｒａｎｄｅｄ ｗｉｒｅ）等の他のタイプの導電材料がレーザダイオード１０をキャリア２８に結合するための結合部材として用いられ得る。
【００３３】
図５は、コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８のそれぞれをキャリア２８に結合する３つの結合部材が存在する実施形態を図示するが、結合部材の図示された数は、制限されない。パッドあたり１部材（コンタクト／保護パッド１４に対して１つと、保護パッド１８に対して１つ）しかない少数も、本発明の意図および範囲内である。本発明の別の実施形態は、コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８上のそれぞれに１５個の多数の結合部材を用いる。結合部材の数が制限されずに用いられ得、例えば、この数は、レーザダイオードチップ１０、結合部材３０、３４、および／またはキャリア２８のサイズに依存する。少なくとも一つの実施形態では、結合部材すべてが、電子信号のキャリアであるわけではなく、少なくとも一つの結合部材は、単に、熱を散逸させるために用いられる。
【００３４】
頂部結合ワイヤ（結合ワイヤ、結合リボン等）は、レーザダイオード１０のための以下の２つの役割のいずれかまたは両方を担い得る。（１）チップキャリア２８への電気接続および（２）レーザダイオード１０の接合において産出された熱を除くための頂部上のヒートシンク。この熱は、コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８を用いて散逸される。本発明において提供されるように、電気接続の役割に対して、電気接続がある場合にレーザダイオード１０の両面上にワイヤ結合を提供することは、対称電流注入をつくる助けとなる。本発明は、結合ワイヤがヒートシンクの役割を担う場合、特に、大出力レーザダイオードの状況において、より多くの利点を提供する。
【００３５】
レーザダイオード１０の各面上の少なくとも一つの、かつ、好適な複数のワイヤ結合を用いることは、マルチパス熱散逸を提供する助けとなり、対称熱分布を提供する助けとなり、結果として、レーザダイオード１０に対するより良好な熱散逸および熱レンジング（ｌｅｎｓｉｎｇ）効果（熱レンジングは、熱の結果としての光学パスの歪みであり、これは、レーザダイオードを通るビームの発散およびモード品質に影響し得る）の減少を生じる。これはまた、レーザダイオードの熱誘導故障を低減し得る。より良好な熱伝導性は、レーザチップに対する熱構築を低減する。さらに、図５に示されるように、複数のワイヤ結合を用いることは、接続の任意の一つの故障を補償し得るさらなる接続を提供する助けとなる。
【００３６】
図６は、本発明にしたがうレーザダイオードアセンブリ２２の部分断面図であり、本発明の実施形態の動作を示す助けとなる。結合ワイヤ３０および３４は、キャリア２８のｐ金属被膜加工領域２４（図６には不可視）およびレーザダイオード１０の両面に結び付く。さらなる結合ワイヤ３０’、３０’’、３４’、および３４’’は、この部分断面図において可視ではない。レーザダイオード１０が散逸される熱を発生する場合、その熱は、コンタクト／保護パッド１４および保護パッド１８に伝導され（図５参照）、結合ワイヤ３０および３４は、この散逸された熱をキャリア２８に結び付ける助けとなる。キャリア２８は、この熱を底部表面に結び付けるように構築される。ここで、キャリア２８は、この熱を金属プレート（例えば、ヒートシンク）３１を通して伝導する。この金属プレート３１は、その熱を、ＴＥＣデバイス３３またはＴＥＣデバイスのスタック等の熱ポンピングデバイス３３に伝達する。
【００３７】
図５を簡単に参照すると、本発明の実施形態では、キャリア２８のｐ金属被膜加工領域２４は、レーザダイオード１０が付着される領域を「包み込む」ような形状にされ、その結果、結合ワイヤ３４、３４’、および３４’’は、コンタクトパッド１４上に経路を定める（ｒｏｕｔｅ）必要なく、ｐ金属被膜加工２４に結び付く。これは、必要とされる結合ワイヤ３４、３４’、および３４’’の長さを低減する助けとなり、また、レーザダイオード１０の長さに沿って必要とされるｐ金属被膜加工領域２４の長さを低減する助けとなり得る。しかしながら、図５の実施形態は、結合ワイヤがレーザダイオード１０の保護パッド１８からキャリア２８に結合され得る多くの可能な方法うちの一つを表わすだけである。レーザダイオード１０および／またはキャリア２８は、多くの異なる方法で保護パッド１８をキャリア２８に結合するように構築および配置され得る。
【００３８】
例えば、一実施形態（図８に示される実施形態等）では、図５のｐ金属被膜加工領域は、キャリア２８上に形成される２以上の導電領域３６を含み得、レーザリッジ１６のいずれかまたは両面上の結合部材（例えば、結合部材３０、３０’および３０’’および／または３４、３４’、および３４’’の任意の１以上）は、導電領域３６のいずれかまたは両方に結合され得る。これらの導電領域３６は、電気的に同一点であるが、分けられており、それらは、さらなる散逸領域を提供し得る。少なくとも一つの実施形態では、２以上の導電領域３６のうちの任意の一つは、他の導電領域の任意の１以上が３６に結合された冷却デバイスから分離した冷却デバイスに結合され得る。別の冷却デバイスは、レーザダイオード１０の熱性能をさらに増加し得る。
【００３９】
例えば、図７は、本発明の別の実施形態にしたがうレーザダイオードアセンブリ２２の平面図である。図７では、ｐ金属被膜加工領域２４の形状は、図２のレーザダイオードアセンブリ２２に示される形状に類似しており、保護パッド１８をｐ金属被膜加工領域２４に接続する結合ワイヤ３４、３４’、３４’’は、レーザリッジ１６およびコンタクトパッド１４上に経路を定める。このため、本発明の少なくとも一つの実施形態では、結合部材のうちの少なくとも一つ（例えば、結合部材３０または３４のうちの任意）は、レーザリッジ１６の後部上で、ｐ金属被膜加工領域２４等の導電領域に向けて経路を定められる。
【００４０】
図８は、本発明のさらに別の実施形態にしたがうレーザダイオードアセンブリ２２の別の例である。図８では、キャリア２８が、さらなる散逸パッド３６（導電領域とも呼ばれる）を含むように構築および配置される。このさらなる散逸パッド３６には、保護パッド１８から来る結合ワイヤ３４、３４’および３４’’が結合される。上記のように、さらなる散逸パッド３６は、ｐ金属被膜加工領域２４の一部であり得る。少なくとも一つの実施形態では、散逸パッド３６は、ｐ金属被膜加工領域２４の一部ではなく、結合ワイヤ３４、３４’および３４’’は、単独で熱散逸のために用いられる。
【００４１】
本発明のレーザダイオードアセンブリを用いることは、熱を散逸するレーザダイオードの能力を増大し得、これらのデバイスの信頼性を大きく増大し得る。本発明の実施形態は、９８０ｎｍポンプレーザを用いて動作するレーザダイオードチップを参照して記載されたが、本発明の実施形態は、多くの他の異なる波長およびレーザダイオード設計のタイプに適用可能であり得、「より長い」レーザダイオードチップ（例えば、３００マイクロメータ以上）に特に有用であり得る。本発明の実施形態は、ＵＶ、可視光、および／または赤外光を含む多くの異なる波長の光を用いて動作するデバイスで使用可能であり得る。さらに、本発明はまた、熱散逸手段（レーザダイオード、半導体光増幅器、および半導体変調器を含むがこれらに限定されない）を必要とする任意のタイプのデバイスに有用である。本発明の実施形態はまた、低いまたは貧弱な熱品質材料を用いて構築されるデバイスに有用であり得る。
【００４２】
さらに、本発明の図示された実施形態は、「エピアップ（ｅｐｉ ｕｐ）」（例えば、ｐ面アップ（ｐ−ｓｉｄｅ ｕｐ））チップ実装スキーム（ｓｃｈｅｍｅ）で実装されたレーザダイオードを用いて示されるが、本発明はまた、「エピダウン（ｅｐｉ ｄｏｗｎ）」（例えば、ｐ面ダウン（ｐ−ｓｉｄｅ ｄｏｗｎ））チップ実装スキームで用いられ得る（例えば、結合ワイヤは、チップの「ｐ」面ではなく、レーザダイオードチップの「ｎ」面上にある）。当業者は、本発明の実施形態は、エピダウン（ｐ面ダウン）スタイルのレーザダイオードに同じく適用可能であること認識する。
【００４３】
図面において、いくつかの例では、１より多い要素が、特定要素の例示として示され得、単一の要素が１より多い要素の例示として示され得る。本明細書において他のように述べられなければ、特定要素の１より多くを示すことは、本発明にしたがって実現されるシステムがその要素の１より多くを含まなければならいことを意味せず、また、単一の要素を図示することは、本発明が、その要素の単一のもののみを有する実施形態に限定されることを意味しない。さらに、本明細書において他のように列挙されなければ、特定要素を表すとして図示される要素の総数は、制限ではない。当業者は、特定のシステム要素の数は、特定のユーザの必要性に適応するように選択され得ることを認識する。
【００４４】
したがって、本発明の少なくとも一つの例示の実施形態を記載したが、種々の代替、改変および改善が当業者に対して容易に起こる。このような代替、改変および改善は、本発明の範囲および意図内であることが意図され、前述の説明は、例示のみを目的とし、制限としては意図されない。したがって、本発明は、前述の例示の説明および図面によってではなく請求の範囲から規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、従来技術のレーザダイオードチップの平面図である。
【図２】図２は、従来技術のレーザダイオードアセンブリの平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態にしたがうレーザダイオードチップの平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態にしたがうレーザダイオードチップの側面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態にしたがうレーザダイオードアセンブリの平面図である。
【図６】図６は、図５のレーザダイオードアセンブリの断面図である。
【図７】図７は、本発明の少なくとも一つの実施形態にしたがうレーザダイオードアセンブリの平面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態にしたがうレーザダイオードアセンブリの平面図である。

Claims (36)

1. 頂部および底部を有するキャリアであって、該頂部は、その上に形成された導電層を有し、該導電層は、少なくとも２つの結合部材を付着するサイズにされる、キャリアと、
   該キャリアに動作可能に結合されたレーザダイオードであって、該レーザダイオードは、その上に形成された第一および第二の導電パッドを有し、該第一および第二の導電パッドは、それぞれ、少なくとも一つの結合部材を付着するサイズにされる、レーザダイオードと、
   該第一の導電パッドを該導電層に結合する第一の結合部材と、
   該第二の導電パッドを該導電層に結合する第二の結合部材と
   を含む、レーザダイオードアセンブリ。
2. 前記キャリアは、絶縁材料を含む、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
3. 前記キャリアは、Ｓｉ、ダイヤモンド、ＳｉＣ、ＡｌＮ、およびＢｅＯからなる群から選択される材料を含む、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
4. 前記レーザダイオードは、頂部面を有し、前記第一および第二の導電パッドは、該頂部面上に形成される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
5. 前記第一および第二導電パッドは、前記頂部面の対向面上に形成される、請求項４に記載のレーザダイオードアセンブリ。
6. 前記レーザダイオードは、その中に形成されたレーザリッジをさらに含む、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
7. 前記レーザリッジは、第一および第二の導電パッドの少なくとも一部の間に形成される、請求項６に記載のレーザダイオードアセンブリ。
8. 前記第一および第二の結合部材の少なくとも一つは、前記レーザリッジ上を通ることなく、そのそれぞれの導電パッドを前記導電層に結合する、請求項６に記載のレーザダイオードアセンブリ。
9. 前記レーザリッジは、実質的に前記レーザダイオードの頂部面の近くに形成される、請求項６に記載のレーザダイオードアセンブリ。
10. 前記レーザダイオードは、第一および第二の電極をさらに含み、前記第一および第二の導電パッドの少なくとも一方は、該第一および第二の電極の少なくとも一方に結合される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
11. 前記第一および第二の導電パッドの少なくとも一方は、前記レーザダイオードの内部パワー産出から結果として生じる熱を散逸するように構築および配置される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
12. 前記第一および第二の結合部材の少なくとも一方は、ワイヤ、リボン、ブレイド、フィラメント、ファイバおよびテープからなる群から選択されるある長さの導電材料を含む、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
13. 前記第一および第二の導電パッドの少なくとも一方を前記キャリアの前記導電層に動作可能に結合する第三の結合部材をさらに含む、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
14. 前記キャリアの前記導電層は、別々の第一および第二の部分を含み、前記第一および第二の結合部材の少なくとも一方は、該第一の部分に動作可能に結合され、該第一および第二の結合部材の少なくとも一方は、該第二の部分に動作可能に結合される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
15. 前記第一の部分は、前記第二の部分から電気的に絶縁される、請求項１４に記載のレーザダイオードアセンブリ。
16. 前記キャリアは、その導電層から前記キャリアの前記底部に熱を伝導するように構築および配置される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
17. 前記キャリアの前記底部に動作可能に結合されたヒートシンクをさらに含む、請求項１６に記載のレーザダイオードアセンブリ。
18. 前記ヒートシンクに動作可能に結合される熱電冷却（ＴＥＣ）デバイスをさらに含む、請求項１７に記載のレーザダイオードアセンブリ。
19. 前記レーザダイオードは、ｎ面およびｐ面をさらに含み、前記第一および第二の導電パッドの少なくとも一方は、実質的に該レーザダイオードの該ｐ面上に配置される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
20. 前記レーザダイオードは、ｎ面およびｐ面をさらに含み、前記第一および第二の導電パッドの少なくとも一方は、実質的に該レーザダイオードの該ｎ面上に配置される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
21. 前記第一および第二の結合部材の少なくとも一方は、電気信号を運ぶ、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
22. 前記第一および第二の結合部材の少なくとも一方は、電気信号を必ずしも運ばない、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
23. 前記第一および第二の結合部材の少なくとも一方は、少なくとも２つの結合部材のセットを含む、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
24. 前記第一の結合部材の数は、第二の結合部材の数と等しい、請求項２３に記載のレーザダイオードアセンブリ。
25. 前記第一の結合部材の数は、第二の結合部材の数と等しくない、請求項２３に記載のレーザダイオードアセンブリ。
26. 前記レーザダイオードは、９８０ｎｍポンプレーザダイオードである、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
27. 前記レーザダイオードは、半導体光増幅器の一部である、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
28. 前記レーザダイオードは、半導体変調器の一部である、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
29. 前記レーザダイオードは、少なくとも紫外線の部分を超えて、遠赤外線の波長範囲まで動作する、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
30. 前記キャリアは、レーザダイオードを実装するために構造化および配置される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
31. 前記レーザダイオードは、頂部面を有し、前記第一および第二の導電パッドは、該レーザダイオードの該頂部面の対向面に配置される、請求項１に記載のレーザダイオードアセンブリ。
32. レーザダイオードチップを実装するために構造化および配置されたキャリアであって、該キャリアは、第一の電極領域、第二の電極領域、および導電領域を含む、キャリアと、
    該キャリアの該第二の電極領域に付着された第一面を有し、かつ、第一および第二の導電パッドを含む第二面を有するレーザダイオードと、
    該レーザダイオードの該第一の導電パッドを該キャリアの該第一の電極領域に結合する第一の結合部材と、
    該レーザダイオードの該第二の導電パッドを該キャリアの該導電領域に結合する第二の結合部材と
    を含む、レーザダイオードアセンブリ。
33. 上部に形成された導電層を有するキャリアと、
    該キャリアに動作可能に結合されたレーザダイオードと、
    該ダイオードで発生された熱を該キャリア上の該導電層に伝導する手段であって、熱を伝導するための該手段は、該レーザダイオードから該キャリアに動作可能に結合される、手段と
    を含む、レーザダイオードアセンブリ。
34. 前記キャリアは、前記導電層に伝導された熱を、冷却するための手段に伝達するように構築および配置される、請求項３３に記載のレーザダイオードアセンブリ。
35. 前記熱を伝導するための手段は、前記レーザダイオードの面上に配置された第一および第二の導電パッドと、該レーザダイオードの該第一および第二の導電パッドを該キャリア上の該導電層に結合する第一および第二の結合部材とを含む、請求項３３に記載のレーザダイオードアセンブリ。
36. 前記レーザダイオードは、前記第一および第二の導電パッド間に形成されたレーザリッジをさらに含む、請求項３３に記載のレーザダイオードアセンブリ。

Images