JP2007194467A - Semiconductor laser device - Google Patents

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Jun Senda
純 千田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser device having a heat radiation efficiency improved over the prior art. <P>SOLUTION: A semiconductor laser element 1 is held to a stem 3, and an external current is supplied to the laser device via wires 5. The composition of the material of the wires contains 99% or more of copper. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、光ディスクの記録・再生用の光ピックアップ装置等に使用される半導体レーザ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor laser device used in an optical pickup device for recording / reproducing of an optical disk.

従来、半導体レーザ装置としては、基台としてのステムと、このステムに搭載されたチップ形状の半導体レーザ素子と、ステムおよび半導体レーザ素子を保護するキャップとを備えたものがある（特開２００４−４７８３０号公報参照）。   2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor laser device includes a stem as a base, a chip-shaped semiconductor laser element mounted on the stem, and a cap that protects the stem and the semiconductor laser element (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-2004). No. 47830).

上記ステムには、通常、外部のフレキシブル基板と電気的接続を取るためのリードピンが組み込まれている。   The stem is usually incorporated with lead pins for electrical connection with an external flexible substrate.

また、上記ステムと半導体レーザ素子との間には、通常、サブマウントが挿入されている。このサブマウントは、ＳｉＣ製またはＡｌＮ製の焼結体からなるか、または、モニタフォトダイオードが形成されたＳｉ製の基板からなる。   A submount is usually inserted between the stem and the semiconductor laser element. The submount is made of a sintered body made of SiC or AlN, or made of a Si substrate on which a monitor photodiode is formed.

上記半導体レーザ装置の一例であるホログラムレーザと呼ばれるものは、ステム、半導体レーザ素子およびキャップの他に、ホログラム素子および信号検出素子をさらに備えている。   A so-called hologram laser, which is an example of the semiconductor laser device, further includes a hologram element and a signal detection element in addition to the stem, the semiconductor laser element, and the cap.

上記ホログラム素子は、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を分割および回折する。このホログラム素子によって回折されたレーザ光が信号検出素子に入射する。つまり、上記信号検出素子がホログラム素子による回折光を受光する。   The hologram element splits and diffracts laser light emitted from the semiconductor laser element. Laser light diffracted by the hologram element enters the signal detection element. That is, the signal detection element receives diffracted light from the hologram element.

上記信号検出素子、半導体レーザ素子およびサブマウントは、ステムに組み込まれているリードピンに金線でワイヤボンド接続されている。   The signal detection element, the semiconductor laser element, and the submount are wire-bonded to a lead pin incorporated in the stem with a gold wire.

図１０に、上記構成のホログラムレーザの半導体レーザ素子１０１およびこの周辺の概略斜視図を示す。   FIG. 10 shows a schematic perspective view of the semiconductor laser device 101 of the hologram laser having the above-described configuration and the periphery thereof.

上記半導体レーザ素子１０１は、サブマウント１０２上にＡｕ−Ｓｎ（金錫）１０４を介して搭載されている。また、上記半導体レーザ素子にはＡｕワイヤ１０３が接続されている。   The semiconductor laser element 101 is mounted on the submount 102 via Au—Sn (gold tin) 104. An Au wire 103 is connected to the semiconductor laser element.

このようなホログラムレーザは、パソコンの記録・再生装置やＣＤ（コンパクトディスク）プレイヤ等の光ピックアップ装置に使用されている。   Such hologram lasers are used in optical pickup devices such as personal computer recording / reproducing devices and CD (compact disc) players.

現在、記録装置の開発の流れは高速記録のための高出力化へと進んでいる。また、上記記録装置が情報を記録する記録媒体は、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ（書き込み可能なコンパクトディスク／書き換え可能なコンパクトディスク）からＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ（書き込み可能なデジタル万能ディスク／書き換え可能なデジタル万能ディスク）へ、さらには、ブルーディスクへと高密度化へ進んでいる。   Currently, the development of recording devices is progressing toward higher output for high-speed recording. The recording medium on which the recording device records information is CD-R / RW (writable compact disc / rewritable compact disc) to DVD-R / RW (writable digital universal disc / rewritable digital). Universal discs), and further to blue discs.

一般に、上記記録媒体に対して高速記録をするためには、半導体レーザ素子の出力を上げている。   In general, in order to perform high-speed recording on the recording medium, the output of the semiconductor laser element is increased.

しかしながら、上記半導体レーザ素子の出力を上げた場合、半導体レーザ素子の動作電流が増加するため、デバイスの発熱量の増加を招くという問題が生じてしまう。   However, when the output of the semiconductor laser element is increased, the operating current of the semiconductor laser element increases, which causes a problem of increasing the amount of heat generated by the device.

また、最近では車載用としてＣＤプレーヤやＤＶＤ−ＲＯＭ（読み出し専用デジタル万能ディスク）を使用したナビゲーションシステムが急激に普及してきている。上記ナビゲーションシステムは真夏に通常の家庭よりも高温の環境で使用される。このような環境は、ナビゲーションシステムに組み込まれた半導体レーザ装置にとって過酷であると考えられる。
特開２００４−４７８３０号公報 In recent years, navigation systems using CD players and DVD-ROMs (read-only digital universal discs) for in-vehicle use have rapidly spread. The above navigation system is used in a hotter environment in midsummer than a normal home. Such an environment is considered to be harsh for a semiconductor laser device incorporated in a navigation system.
JP 2004-47830 A

そこで、本発明の課題は、従来よりも放熱性が向上した半導体レーザ装置を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor laser device having improved heat dissipation as compared with the prior art.

上記目的を達成するため、本発明の半導体レーザ装置は、
半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子を保持するステムと、
上記半導体レーザ素子に外部からの電流を供給する少なくとも１つのワイヤと
を備え、
上記ワイヤの材質の組成は９９％以上が銅であることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a semiconductor laser device of the present invention comprises:
A semiconductor laser element;
A stem for holding the semiconductor laser element;
And at least one wire for supplying an external current to the semiconductor laser element,
The composition of the material of the wire is characterized in that 99% or more is copper.

上記構成の半導体レーザ装置によれば、上記ワイヤの材質の組成は９９％以上が銅であることによって、銅の熱伝導率が高いから、半導体レーザ素子が発する熱をワイヤを介して効果的に外部に放出し、放熱性を向上させることができる。   According to the semiconductor laser device having the above configuration, since the composition of the material of the wire is 99% or more copper, the heat conductivity of copper is high, so that the heat generated by the semiconductor laser element is effectively transmitted through the wire. It can be released to the outside and heat dissipation can be improved.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記半導体レーザ素子と上記ステムとの間に配置されたサブマウントを備えている。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
A submount disposed between the semiconductor laser element and the stem is provided.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記半導体レーザ素子とステムとの間にサブマウントが配置されているので、半導体レーザ素子とステムとの間の線膨張係数の違いによるひずみを緩和することができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since the submount is disposed between the semiconductor laser element and the stem, the strain due to the difference in linear expansion coefficient between the semiconductor laser element and the stem can be reduced. Can do.

したがって、上記半導体レーザ素子に余分な応力がかかるのを防ぐことができる。   Therefore, it is possible to prevent excessive stress from being applied to the semiconductor laser element.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を分割および回折する光学素子と、
上記光学素子を保持するキャップと、
上記光学素子に回折されたレーザ光を受光する受光素子と
を備えている。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
An optical element for splitting and diffracting the laser beam emitted from the semiconductor laser element;
A cap for holding the optical element;
A light receiving element for receiving the laser light diffracted by the optical element.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記光学素子、キャップおよび受光素子を備えるので、ホログラムレーザとして用いることができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since the optical element, the cap, and the light receiving element are provided, it can be used as a hologram laser.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記受光素子に電気的に接続される少なくとも１つのワイヤを備え、
上記ワイヤの材質は９９％以上の組成が銅である。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
Comprising at least one wire electrically connected to the light receiving element;
The material of the wire is 99% or more of copper.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記受光素子に電気的に接続するワイヤの材質の組成の９９％以上を銅にすることによって、半導体レーザ素子および受光素子に対して同一の装置でワイヤボンドできるので、作業が効率的になる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, copper is used for 99% or more of the composition of the material of the wire that is electrically connected to the light receiving element, so that the wire is connected to the semiconductor laser element and the light receiving element with the same device Since it can be bonded, the work becomes efficient.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記ワイヤの直径は１０μｍ以上５０μｍ以下である。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
The diameter of the wire is 10 μm or more and 50 μm or less.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記ワイヤの直径が１０μｍ以上５０μｍ以下であるので、ワイヤの扱いが容易となって、ワイヤボンド作業の効率が低下するのを防ぐことができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since the diameter of the wire is 10 μm or more and 50 μm or less, the handling of the wire becomes easy and the efficiency of wire bonding work can be prevented from being lowered.

また、上記ワイヤの直径が１０μｍ未満の場合、ワイヤボンド時にワイヤが切れやすくなるから、ワイヤボンド作業の効率が悪くなってしまう。また、上記ワイヤは直径が１０μｍ未満だと、放熱性が悪い。   Further, when the diameter of the wire is less than 10 μm, the wire is easily cut at the time of wire bonding, so that the efficiency of the wire bonding work is deteriorated. Further, if the diameter of the wire is less than 10 μm, the heat dissipation is poor.

また、上記ワイヤの直径が５０μｍを越える場合、放熱性は向上するが、部品をつなぐワイヤループがきれいに作りにくく、ワイヤ同士の接触を招く危険性がある。   Further, when the diameter of the wire exceeds 50 μm, the heat dissipation is improved, but it is difficult to make a wire loop connecting the parts cleanly, and there is a risk of causing contact between the wires.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記サブマウントは焼結体からなり、
上記焼結体の材質の組成は９５％以上がＳｉＣまたはＡｌＮであり、
上記焼結体の表面上には上記半導体レーザ素子と電気的に接合するための金属が形成されている。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
The submount is made of a sintered body,
95% or more of the composition of the material of the sintered body is SiC or AlN,
A metal for electrical bonding with the semiconductor laser element is formed on the surface of the sintered body.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記サブマウントを構成する焼結体は材質の組成の９５％以上がＳｉＣまたはＡｌＮであることによって、ＳｉＣおよびＡｌＮの熱伝導率が高いから、半導体レーザ素子の熱をサブマウントを介してステムへ効果的に放出することができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, the sintered body constituting the submount has a high thermal conductivity of SiC and AlN because 95% or more of the material composition is SiC or AlN. The heat of the element can be effectively released to the stem through the submount.

上記サブマウントが半導体レーザ素子の熱をステムへ逃がす際、半導体レーザ素子を焼結体に電気的に接続するためのろう材が重要となる。このろう材の選定を誤ると、半導体レーザ素子の熱は効果的にサブマウントに伝わらない結果となる。   When the submount allows the heat of the semiconductor laser element to escape to the stem, a brazing material for electrically connecting the semiconductor laser element to the sintered body is important. If the brazing material is selected incorrectly, the heat of the semiconductor laser element is not effectively transmitted to the submount.

上記ろう材としては例えばＡｕ−Ｓｎ等を用いることが好ましい。   For example, Au—Sn is preferably used as the brazing material.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記焼結体と上記金属との間には、ＴｉとＰｔとからなるバリアメタル層が形成され、
上記金属は１.５μｍ以上３.５μｍ以下の厚さのＡｕ−Ｓｎからなる。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
A barrier metal layer made of Ti and Pt is formed between the sintered body and the metal,
The metal is made of Au—Sn having a thickness of 1.5 μm or more and 3.5 μm or less.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記焼結体と上記金属との間に、ＴｉとＰｔとからなるバリアメタル層を形成し、かつ、金属は１.５μｍ以上３.５μｍ以下の厚さのＡｕ−Ｓｎからなるので、半導体レーザ素子と焼結体との強固な接合を作りやすくなる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, a barrier metal layer made of Ti and Pt is formed between the sintered body and the metal, and the metal has a thickness of 1.5 μm to 3.5 μm. Since it is made of Au-Sn, it is easy to make a strong bond between the semiconductor laser element and the sintered body.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記半導体レーザ素子は、前方に主出射面を有すると共に、後方に副出射面を有し、
上記サブマウントは、Ｓｉからなる基板であると共に、上記副出射面から出射されたレーザ光を受光する受光部を有し、
上記受光部で受光されたレーザ光に基づいて、上記半導体レーザ素子のレーザパワーを調整する。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
The semiconductor laser element has a main emission surface on the front side and a sub emission surface on the rear side.
The submount is a substrate made of Si, and has a light receiving portion that receives the laser light emitted from the sub emission surface.
Based on the laser beam received by the light receiving unit, the laser power of the semiconductor laser element is adjusted.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記サブマウントが半導体レーザ素子のレーザパワーを調整するための受光部を有するので、部品点数を減らし、製造コストを下げることができると共に、容易に製造することができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since the submount has a light receiving portion for adjusting the laser power of the semiconductor laser element, the number of components can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, and the manufacturing is facilitated. be able to.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記ワイヤが２本以上あり、
上記ワイヤは、上記半導体レーザ素子と、電流が外部から供給されるステム端子部とを接続する。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
There are two or more wires,
The wire connects the semiconductor laser element and a stem terminal portion to which current is supplied from the outside.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記半導体レーザ素子と、電流が外部から供給されるステム端子部とを接続するワイヤを２本以上とするので、半導体レーザ素子に接しているワイヤの面積が増加し、半導体レーザ素子の放熱を促進させることができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since there are two or more wires connecting the semiconductor laser element and the stem terminal portion to which current is supplied from the outside, the area of the wire in contact with the semiconductor laser element Increases, and heat dissipation of the semiconductor laser element can be promoted.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記ステム、キャップおよび光学素子で囲まれた空間が外部の空間と連通させる隙間が形成されている。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
A gap is formed in which the space surrounded by the stem, the cap, and the optical element communicates with the external space.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記ステム、キャップおよび光学素子で囲まれた空間が外部の空間と連通させる隙間が形成されているので、内部に熱がたまるのを防ぐことができる。   According to the semiconductor laser device of the above embodiment, since the space surrounded by the stem, the cap, and the optical element is formed to communicate with the external space, it is possible to prevent heat from being accumulated inside.

一実施形態の半導体レーザ装置では、
上記隙間は少なくともキャップとステムとの間にある。 In the semiconductor laser device of one embodiment,
The gap is at least between the cap and the stem.

上記実施形態の半導体レーザ装置によれば、上記隙間が少なくともキャップとステムとの間に形成されるように設計しておくことにより、余分な作業工程が発生せず、製造コストの上昇を防ぐことができる。   According to the semiconductor laser device of the above-described embodiment, by designing the gap to be formed at least between the cap and the stem, an extra work process is not generated and an increase in manufacturing cost is prevented. Can do.

本発明の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子に外部からの電流を供給する少なくとも１つのワイヤの材質の組成は９９％以上が銅であることによって、銅の熱伝導率が高いから、半導体レーザ素子の熱がワイヤを介して効率良く逃げ、放熱性を向上させることができる。   According to the semiconductor laser device of the present invention, since the composition of the material of at least one wire for supplying an external current to the semiconductor laser element is 99% or more of copper, the thermal conductivity of copper is high. The heat of the laser element can escape efficiently through the wire, and the heat dissipation can be improved.

以下、本発明の半導体レーザ装置を図示の実施の形態により詳細に説明する。   The semiconductor laser device of the present invention will be described in detail below with reference to the illustrated embodiments.

（第１実施形態）
図１Ａに、本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置のキャップ６（図２Ａ，図２Ｂ参照）の取り付け前の状態を上方から見た概略図を示す。また、図１Ｂに、上記状態の半導体レーザ装置を側方から見た概略図を示す。 (First embodiment)
FIG. 1A shows a schematic view of a state before the cap 6 (see FIGS. 2A and 2B) of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention is attached as viewed from above. FIG. 1B shows a schematic view of the semiconductor laser device in the above state as viewed from the side.

上記半導体レーザ装置は、図１Ａ，図１Ｂに示すように、チップ形状の半導体レーザ素子１と、この半導体レーザ素子１を保持するステム３とを備えている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor laser device includes a chip-shaped semiconductor laser element 1 and a stem 3 that holds the semiconductor laser element 1.

上記ステム３は、外部に電気接続するために用いる複数の金属製リードピン３ａと、半導体レーザ素子１や信号検出素子４を固定するステムブロック３ｂと、図示しない光ピックアップ装置に組み込む際の基準面１１が形成されたアイレット３ｃとを有している。なお、上記信号検出素子４は受光素子の一例である。   The stem 3 includes a plurality of metal lead pins 3 a used for electrical connection to the outside, a stem block 3 b for fixing the semiconductor laser element 1 and the signal detection element 4, and a reference surface 11 when incorporated in an optical pickup device (not shown). The eyelet 3c is formed. The signal detection element 4 is an example of a light receiving element.

上記半導体レーザ素子１はＳｉ製のモニタサブマウント２を介してステム３に取り付けられている。つまり、上記半導体レーザ素子１とステム３との間にはモニタサブマウント２を配置している。   The semiconductor laser element 1 is attached to the stem 3 via a Si monitor submount 2. That is, the monitor submount 2 is disposed between the semiconductor laser element 1 and the stem 3.

上記複数の金属製リードピン３ａのうちのある一本はワイヤ５によって半導体レーザ素子１の上面電極（モニタサブマウント２側の電極とは反対側の電極）に電気的に接続されている。   One of the plurality of metal lead pins 3 a is electrically connected to the upper surface electrode of the semiconductor laser element 1 (electrode opposite to the electrode on the monitor submount 2 side) by a wire 5.

上記ワイヤ５は外部からの電流を半導体レーザ素子１に供給する。この半導体レーザ素子１に電気的に接続するワイヤ５は材質の組成の９９％以上が銅である。   The wire 5 supplies an external current to the semiconductor laser element 1. The wire 5 electrically connected to the semiconductor laser element 1 is made of copper with 99% or more of the material composition.

図２Ａに、上記半導体レーザ装置のキャップ６の取り付け後の状態を上方から見た概略図を示す。また、図２Ｂに、上記状態の半導体レーザ装置を側方から見た概略図を示す。   FIG. 2A shows a schematic view of the semiconductor laser device as viewed from above after the cap 6 is attached. FIG. 2B shows a schematic view of the semiconductor laser device in the above state as viewed from the side.

上記キャップ６は、アイレット３ｃに取り付けられている。また、上記キャップ６にはホログラム素子７が取り付けられており、半導体レーザ素子１から出射されたレーザ光がホログラム素子７によって分割および回折される。そして、上記ホログラム素子７によって回折されたレーザ光は信号検出素子４によって受光される。   The cap 6 is attached to the eyelet 3c. A hologram element 7 is attached to the cap 6, and the laser light emitted from the semiconductor laser element 1 is divided and diffracted by the hologram element 7. The laser beam diffracted by the hologram element 7 is received by the signal detection element 4.

図３に、上記半導体レーザ装置の半導体レーザ素子１およびこの周辺部の概略斜視図を示す。   FIG. 3 shows a schematic perspective view of the semiconductor laser element 1 and its peripheral portion of the semiconductor laser device.

上記半導体レーザ１はモニタサブマウント２に接続されている。上記モニタサブマウント２を用いる一つの理由は、ステム３の主材料を鉄、半導体レーザ素子１の主材料をＧａＡｓとしたため、ステム３と半導体レーザ素子１との線膨張係数の差（Ｆｅ：１.３５×１０−５、ＧａＡｓ：６.８×１０−６）を緩和するためである。 The semiconductor laser 1 is connected to a monitor submount 2. One reason for using the monitor submount 2 is that the main material of the stem 3 is iron and the main material of the semiconductor laser element 1 is GaAs, so that the difference in linear expansion coefficient between the stem 3 and the semiconductor laser element 1 (Fe: 1) .35 × 10 −5 , GaAs: 6.8 × 10 −6 ).

上記モニタサブマウント２の半導体レーザ素子１側の表面上には、厚さ３μｍのＡｕ−Ｓｎ１２を形成している。   On the surface of the monitor submount 2 on the semiconductor laser element 1 side, Au—Sn 12 having a thickness of 3 μm is formed.

上記半導体レーザ素子１とモニタサブマウント２との接続は、まず、半導体レーザ素子１のモニタサブマウント２側の下面電極をＡｕ−Ｓｎ１２に接触させる。そして、図示しないダイボンドステージを２８０℃程度に加熱することによってＡｕ−Ｓｎ１２を溶融させ、この状態を３秒ほど保持してＡｕ−Ｓｎ１２と下面電極とをなじませた後、Ａｕ−Ｓｎ１２と下面電極とを冷却して接合する。なお、上記下面電極は金からなっている。   To connect the semiconductor laser element 1 and the monitor submount 2, first, the lower electrode on the monitor submount 2 side of the semiconductor laser element 1 is brought into contact with Au-Sn12. Then, by heating a die bond stage (not shown) to about 280 ° C., the Au—Sn 12 is melted, this state is maintained for about 3 seconds, and the Au—Sn 12 and the lower surface electrode are blended. Are cooled and joined. The bottom electrode is made of gold.

ここで、上記Ａｕ−Ｓｎ１２の膜厚であるが、１．５μｍ〜３．５μｍの範囲内の厚さにすると、Ａｕ−Ｓｎ１２と下面電極との強固な接合を作りやすいことが分かっている。   Here, the film thickness of the Au—Sn 12 is found to be easy to make a strong bond between the Au—Sn 12 and the lower electrode when the thickness is in the range of 1.5 μm to 3.5 μm.

上記モニタサブマウント２の下面はステムブロック３ｂの側面にＡｇペーストにより固定される。   The lower surface of the monitor submount 2 is fixed to the side surface of the stem block 3b with Ag paste.

上記信号検出素子４はステムブロック３ｂの上面にＵＶ（紫外線）硬化性樹脂で固定される。   The signal detection element 4 is fixed to the upper surface of the stem block 3b with UV (ultraviolet) curable resin.

上記モニタサブマウント２の半導体レーザ素子１側の表面には、半導体レーザ素子１をＡＰＣ（オートパワーコントロール）駆動するためのモニタ用フォトダイオード２ａがＩＣ（集積回路）プロセスにより作製されている。なお、上記モニタ用フォトダイオード２ａは受光部の一例である。   On the surface of the monitor submount 2 on the semiconductor laser element 1 side, a monitor photodiode 2a for driving the semiconductor laser element 1 by APC (auto power control) is manufactured by an IC (integrated circuit) process. The monitoring photodiode 2a is an example of a light receiving unit.

上記モニタ用フォトダイオード２ａは、半導体レーザ素子１の主出射面１ａとは反対側の副出射面１ｂから出射されるレーザ光を受光する。このモニタ用フォトダイオード２ａが受光したレーザ光に基づいて外部からレーザパワーが調整される。   The monitoring photodiode 2 a receives laser light emitted from the sub-emission surface 1 b opposite to the main emission surface 1 a of the semiconductor laser element 1. The laser power is adjusted from the outside based on the laser beam received by the monitoring photodiode 2a.

上記モニタサブマウント２および信号検出素子４の夫々は、材質の組成の９９％以上が銅であるワイヤ５によって、ステム３にあるリードピン３ａと電気的に接続され、ワイヤ５およびリードピン３ａを介して外部と電気信号のやり取りを行う。   Each of the monitor submount 2 and the signal detection element 4 is electrically connected to the lead pin 3a on the stem 3 by a wire 5 in which 99% or more of the material composition is copper, and the wire 5 and the lead pin 3a are used. Exchange electrical signals with the outside.

上記モニタサブマウント２および信号検出素子４に対して行うワイヤボンドは、通常使用される金線のワイヤボンダと同等の装置を用いて行うが、通常とは２つの点で違いがある。   The wire bonding performed on the monitor submount 2 and the signal detection element 4 is performed using an apparatus equivalent to a wire bonder of a gold wire that is normally used, but there are two differences from normal.

１つ目はワイヤとして銅線を用いること、２つ目は銅ボールを作る際に還元雰囲気で行う必要があるため、図４のワイヤボンダ説明図にある通り、トーチ５１とワイヤ５との間で放電させて銅ボールを作る際に、１Ｖｏｌ％程度のＨ２ガスを混合したＮ２ガスを銅ボールに吹き付けるための還元性ガス導入部５２が設けられている。上記還元性ガス導入部５２の吹き付け動作は、ワイヤ５をつかむ部品であるキャピラリ５３の動作に合わせて電磁弁の開閉によって行う。 The first is to use a copper wire as the wire, and the second is to perform in a reducing atmosphere when making a copper ball, so between the torch 51 and the wire 5 as shown in the wire bonder explanatory diagram of FIG. by discharging in making copper ball, the N 2 gas mixed with H 2 gas of about 1 vol% is a reducing gas inlet 52 for blowing the copper balls are provided. The blowing operation of the reducing gas introduction unit 52 is performed by opening and closing the electromagnetic valve in accordance with the operation of the capillary 53 that is a component that holds the wire 5.

本実施形態では、半導体レーザ素子１のワイヤボンドと同じ一連の動作で信号検出素子４のワイヤボンドも行っている。こうすることで、半導体レーザ素子１のワイヤボンドと信号検出素子４のワイヤボンドとを別々に行うよりも作業工数を低減することができる。   In the present embodiment, the signal detection element 4 is also wire-bonded by the same series of operations as the wire bond of the semiconductor laser element 1. By doing so, the work man-hours can be reduced as compared with the case where the wire bonding of the semiconductor laser element 1 and the wire bonding of the signal detection element 4 are performed separately.

また、上記ワイヤ５の直径であるが、１０μｍ〜５０μｍ程度にすると使いやすく、２０μｍ〜３０μｍ程度がより好ましく、２４μｍ〜２６μｍ程度がよりさらに好ましい。   Moreover, although it is the diameter of the said wire 5, when it is about 10 micrometers-50 micrometers, it will be easy to use, about 20 micrometers-30 micrometers are more preferable, and about 24 micrometers-26 micrometers are still more preferable.

また、上記ワイヤ５の直径が１０μｍより細い場合は、ワイヤボンド時にワイヤ５が切れやすくなるため、作業効率が悪く、また、放熱性も悪い。   Further, when the diameter of the wire 5 is smaller than 10 μm, the wire 5 is easily cut at the time of wire bonding, so that the work efficiency is poor and the heat dissipation is also poor.

また、上記ワイヤ５の直径が５０μｍを越える場合は、放熱性は良いものの、部品をつなぐワイヤループがきれいに作りにくく、ワイヤ５同士の接触を招く危険性がある。   Further, when the diameter of the wire 5 exceeds 50 μm, although heat dissipation is good, it is difficult to make a wire loop connecting the parts cleanly, and there is a risk of causing contact between the wires 5.

このようなワイヤボンドを行った後、半導体レーザ素子１等を保護するためのキャップ６をステム３に固定し、このステム３にホログラム素子７を固定することによって、本実施形態の半導体レーザ装置は完成する。   After performing such wire bonding, the cap 6 for protecting the semiconductor laser element 1 and the like is fixed to the stem 3, and the hologram element 7 is fixed to the stem 3, whereby the semiconductor laser device of the present embodiment is obtained. Complete.

上記構成の半導体レーザ装置によれば、半導体レーザ素子１に外部からの電流を供給するワイヤ５の材質の組成は９９％以上が銅であることによって、銅の熱伝導率が高いから、半導体レーザ素子の熱がワイヤを介して効率良く逃げ、放熱性を向上させることができる。   According to the semiconductor laser device having the above configuration, since the composition of the material of the wire 5 for supplying an external current to the semiconductor laser element 1 is 99% or more of copper, the thermal conductivity of copper is high. The heat of the element can escape efficiently through the wire, and the heat dissipation can be improved.

上記第１実施形態では、ホログラム素子７と信号検出素子４とを備え、ホログラムレーザと呼ばれる半導体レーザ装置について説明したが、ホログラム素子７と信号検出素子４とを備えていない半導体レーザ装置においても、半導体レーザ素子に外部からの電流を供給するワイヤの材質の組成の９９％以上を銅とすることにより、本発明の目的は達成することができる。   In the first embodiment, the semiconductor laser device that includes the hologram element 7 and the signal detection element 4 and is referred to as a hologram laser has been described. However, even in a semiconductor laser device that does not include the hologram element 7 and the signal detection element 4, By making 99% or more of the composition of the material of the wire for supplying an external current to the semiconductor laser element copper, the object of the present invention can be achieved.

また、特にＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒ等の光ディスクに記録する高出力の半導体レーザ装置に関しては、図５に示すように、モニタサブマウント２の代わりに、ＳｉＣまたはＡｌＮを９５％以上含む焼結体でできたサブマウント２２を使用する場合がある。   In particular, with respect to a high-power semiconductor laser device for recording on an optical disk such as a CD-R or DVD-R, as shown in FIG. 5, a sintered material containing 95% or more of SiC or AlN instead of the monitor submount 2 A submount 22 made of a body may be used.

これは、高出力の半導体レーザ装置の場合は、ＡＰＣ駆動するためのモニタフォトダイオードを半導体レーザ装置の外部に設けることが普通であること、および、ＳｉＣまたはＡｌＮの熱伝導率が２４０Ｗ／ｍｋ程度とＳｉの１５０Ｗ／ｍｋに比べ高く、放熱性に優れているからである。   In the case of a high-power semiconductor laser device, a monitor photodiode for APC driving is usually provided outside the semiconductor laser device, and the thermal conductivity of SiC or AlN is about 240 W / mk. This is because it is higher than Si and 150 W / mk and has excellent heat dissipation.

上記ＳｉＣまたはＡｌＮを９５％以上含む焼結体でできたサブマウント２２を使用する場合は、材料からの不純物の這い上がりを防止し、均一な濡れ性を確保するためにＳｉＣまたはＡｌＮの上に、Ｔｉ（厚さ０.０５μｍ）／Ｐｔ（厚さ０.５μｍ）からなるバリアメタル層を形成した後、このバリアメタル層の最表面にＡｕ−Ｓｎ３２を１.５μｍ〜３.５μｍの厚さで形成する。こうすると、上記サブマウント２２と半導体レーザ素子１との強固な接合を作りやすい。   When using the submount 22 made of a sintered body containing 95% or more of SiC or AlN, it is possible to prevent impurities from creeping up from the material and to ensure uniform wettability on the SiC or AlN. After forming a barrier metal layer made of Ti (thickness 0.05 μm) / Pt (thickness 0.5 μm), Au—Sn32 is deposited on the outermost surface of the barrier metal layer to a thickness of 1.5 μm to 3.5 μm. Form with. Thus, it is easy to make a strong bond between the submount 22 and the semiconductor laser element 1.

以下、上述したキャップ６とステム３との接合についてより詳しく述べる。   Hereinafter, the above-described joining of the cap 6 and the stem 3 will be described in more detail.

図６に、上記第１実施形態の半導体レーザ装置の概略分解図を示す。   FIG. 6 is a schematic exploded view of the semiconductor laser device of the first embodiment.

上記ステム３の一部であるアイレット３ｃの外周は、図２Ａに示すように、短手方向の円弧状の部分と長手方向の直線状の部分とを有している。   As shown in FIG. 2A, the outer periphery of the eyelet 3c, which is a part of the stem 3, has an arc-shaped portion in the short direction and a linear portion in the longitudinal direction.

上記キャップ６の外周も、アイレット３ｃと同様に短手方向の円弧状の部分と、長手方向の直線状の部分とを有している。このキャップ６をステム３に取り付けると、キャップ６の外周の円弧状の部分は基準面１１と接触するが、キャップ６の外周の直線状の部分の一部はアイレット３ｃに接触しない。具体的には、図２Ｂ，図６に示すように、上記キャップ６の外周の直線状の部分の一部をアイレット３ｃの側部の凹部に嵌め合わせたときに、その直線状の部分の一部とアイレット３ｃとの間に隙間１０ができるようになっている。この隙間１０の大きさ（図６における左右方向の長さ）は、キャップ６内の空間とキャップ外の空間とで空気のやり取りができる程度、すなわち、すなわち０．０５ｍｍから０.０８ｍｍ程度にするのがよい。上記隙間１０の大きさを０.０８ｍｍよりも大きくしすぎることは、キャップ６内に異物が進入する可能性が高くなって望ましくない。   Similarly to the eyelet 3c, the outer periphery of the cap 6 also has an arc-shaped portion in the short direction and a linear portion in the longitudinal direction. When the cap 6 is attached to the stem 3, the arc-shaped portion on the outer periphery of the cap 6 comes into contact with the reference surface 11, but a part of the linear portion on the outer periphery of the cap 6 does not come into contact with the eyelet 3c. Specifically, as shown in FIGS. 2B and 6, when a part of the linear part of the outer periphery of the cap 6 is fitted into the concave part of the side part of the eyelet 3 c, A gap 10 is formed between the portion and the eyelet 3c. The size of the gap 10 (the length in the left-right direction in FIG. 6) is such that air can be exchanged between the space inside the cap 6 and the space outside the cap, that is, about 0.05 mm to 0.08 mm. It is good. To make the size of the gap 10 larger than 0.08 mm is not desirable because the possibility of foreign matter entering the cap 6 increases.

図７に、上記第１実施形態の半導体レーザ装置におけるレーザ通電時間と動作電流値との関係を示す。また、図７では、雰囲気温度８０℃で、半導体レーザ装置に放熱板等をつけずに、半導体レーザ素子１に通電したときの動作電流の上昇を表したものである。   FIG. 7 shows the relationship between the laser energization time and the operating current value in the semiconductor laser device of the first embodiment. FIG. 7 shows an increase in operating current when the semiconductor laser device 1 is energized at an ambient temperature of 80 ° C. without attaching a heat sink or the like to the semiconductor laser device.

一般的に、半導体レーザ素子１の動作電流は素子温度が高いほど大きくなることが知られている。図７から分かるように、金線を用いた従来例の半導体レーザ装置に比べて、銅線を用いた第１実施形態の半導体レーザ装置は、レーザ通電時間の増加に伴う温度上昇が低く抑えられている。これは、金の熱伝導率が２９６Ｗ／ｍｋであるのに対し、Ｃｕが３９３Ｗ／ｍｋと熱を伝えやすいことによる。   In general, it is known that the operating current of the semiconductor laser element 1 increases as the element temperature increases. As can be seen from FIG. 7, the semiconductor laser device of the first embodiment using a copper wire can suppress a temperature rise accompanying an increase in laser energization time as compared with the conventional semiconductor laser device using a gold wire. ing. This is because Cu has a thermal conductivity of 296 W / mk, whereas Cu easily transfers heat to 393 W / mk.

（第２実施形態）
図８に、本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の半導体レーザ素子１およびこの周辺部の概略斜視図を示す。 (Second Embodiment)
FIG. 8 is a schematic perspective view of the semiconductor laser device 1 and its peripheral portion of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.

本実施形態の半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１の上部電極に２本のワイヤ５を電気的に接続し、Ａｕ−Ｓｎ３２が形成されたサブマウント２２を備えている点のみが上記第１実施形態と異なっている。   The semiconductor laser device according to the present embodiment is only the first embodiment described above in that the two wires 5 are electrically connected to the upper electrode of the semiconductor laser element 1 and the submount 22 in which Au—Sn 32 is formed is provided. It is different from the form.

上記２本のワイヤ５の両方とも、半導体レーザ素子１側の端とは反対側の端がリードピン３ａに電気的に接続されている。なお、上記リードピン３ａがステム端子部の一例である。   Both ends of the two wires 5 are electrically connected to the lead pin 3a at the end opposite to the end on the semiconductor laser element 1 side. The lead pin 3a is an example of a stem terminal portion.

上記半導体レーザ素子１の上面に２本のワイヤ５が打たれていることによって、上記第１実施形態よりも半導体レーザ素子１の放熱性を高めることができた。   Since the two wires 5 are struck on the upper surface of the semiconductor laser element 1, the heat radiation property of the semiconductor laser element 1 can be improved as compared with the first embodiment.

上記半導体レーザ素子１の放熱性を良くするためには、ワイヤ５を半導体レーザ素子１に打てるスペースがある限り、半導体レーザ素子１に打つワイヤ５の数を増やしたほうがよい。   In order to improve the heat dissipation of the semiconductor laser element 1, it is better to increase the number of wires 5 hitting the semiconductor laser element 1 as long as there is a space where the wires 5 can hit the semiconductor laser element 1.

しかしながら、作業性の悪化や逆にワイヤボンド時の接触回数の増加によるダメージが半導体レーザ素子１に入る恐れがあり、注意深く行う必要がある。   However, there is a possibility that damage due to deterioration of workability and conversely increase in the number of contacts at the time of wire bonding may enter the semiconductor laser element 1, and it is necessary to perform it carefully.

したがって、作業性や半導体レーザ素子１のダメージを考慮して、半導体レーザ素子１の上部電極に３本以上のワイヤ５を打ってもよい。   Therefore, in consideration of workability and damage to the semiconductor laser element 1, three or more wires 5 may be applied to the upper electrode of the semiconductor laser element 1.

図９に、上記第２実施形態の半導体レーザ装置におけるレーザ通電時間と動作電流値との関係を示す。また、図９では、図７と同様に、雰囲気温度８０℃で、半導体レーザ装置に放熱板等をつけずに、半導体レーザ素子１に通電したときの動作電流の上昇を表したものである。   FIG. 9 shows the relationship between the laser energization time and the operating current value in the semiconductor laser device of the second embodiment. 9 shows the increase in operating current when the semiconductor laser device 1 is energized at an ambient temperature of 80 ° C. without attaching a heat sink or the like, as in FIG.

図９から分かるように、上記第１実施形態の半導体レーザ装置に比べ、第２実施形態の半導体レーザ装置は、５００秒時点で１ｍＡ程度動作電流が低くなっている。   As can be seen from FIG. 9, the operating current of the semiconductor laser device of the second embodiment is about 1 mA lower than that of the semiconductor laser device of the first embodiment at 500 seconds.

本発明の半導体レーザ装置が複数のワイヤを備える場合、複数のワイヤの全ての材質の組成の９９％以上を銅としてもよい。   When the semiconductor laser device of the present invention includes a plurality of wires, 99% or more of the composition of all the materials of the plurality of wires may be copper.

図１Ａは本発明の第１実施形態の半導体レーザ装置のキャップの取り付け前の状態の概略平面図である。FIG. 1A is a schematic plan view of the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention before the cap is attached. 図１Ｂは図１Ａの半導体レーザ装置の概略側面図である。1B is a schematic side view of the semiconductor laser device of FIG. 1A. 図２Ａは上記第１実施形態の半導体レーザ装置のキャップの取り付け後の状態の概略平面図である。FIG. 2A is a schematic plan view of the semiconductor laser device of the first embodiment after the cap is attached. 図２Ｂは図２Ａの半導体レーザ装置の概略側面図を示す。FIG. 2B shows a schematic side view of the semiconductor laser device of FIG. 2A. 図３は上記第１実施形態の半導体レーザ装置の半導体レーザ素子およびこの周辺部の概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of the semiconductor laser element and its peripheral portion of the semiconductor laser device of the first embodiment. 図４は上記第１実施形態の半導体レーザ装置のワイヤボンダを説明するための概略図である。FIG. 4 is a schematic view for explaining the wire bonder of the semiconductor laser device of the first embodiment. 図５は上記第１実施形態の半導体レーザ装置の変形例の半導体レーザ素子およびこの周辺部の概略斜視図である。FIG. 5 is a schematic perspective view of a semiconductor laser element of a modification of the semiconductor laser device of the first embodiment and a peripheral portion thereof. 図６は上記第１実施形態の半導体レーザ装置の概略分解図である。FIG. 6 is a schematic exploded view of the semiconductor laser device of the first embodiment. 図７は上記第１実施形態および従来例の半導体レーザ装置におけるレーザ通電時間と動作電流値との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the laser energization time and the operating current value in the semiconductor laser devices of the first embodiment and the conventional example. 図８は本発明の第２実施形態の半導体レーザ装置の半導体レーザ素子およびこの周辺部の概略斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view of the semiconductor laser device and its peripheral portion of the semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention. 図９は上記第１実施形態および第２実施形の半導体レーザ装置におけるレーザ通電時間と動作電流値との関係を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the relationship between the laser energization time and the operating current value in the semiconductor laser devices of the first and second embodiments. 図１０は従来の半導体レーザ装置の半導体レーザ素子およびこの周辺部の概略斜視図である。FIG. 10 is a schematic perspective view of a semiconductor laser element of a conventional semiconductor laser device and its peripheral portion.

符号の説明Explanation of symbols

１ 半導体レーザ素子
２ モニタサブマウント
２ａ モニタ用フォトダイオード
３ ステム
４ 信号検出素子
５ ワイヤ
６ キャップ
７ ホログラム素子
１０ 隙間
１２，３２ Ａｕ−Ｓｎ
２２ サブマウント
1 Semiconductor Laser Element 2 Monitor Submount 2a Monitor Photodiode 3 Stem 4 Signal Detection Element 5 Wire 6 Cap 7 Hologram Element 10 Gap 12, 32 Au—Sn
22 Submount

Claims (11)

半導体レーザ素子と、
上記半導体レーザ素子を保持するステムと、
上記半導体レーザ素子に外部からの電流を供給する少なくとも１つのワイヤと
を備え、
上記ワイヤの材質の組成は９９％以上が銅であることを特徴とする半導体レーザ装置。 A semiconductor laser element;
A stem for holding the semiconductor laser element;
And at least one wire for supplying an external current to the semiconductor laser element,
A semiconductor laser device characterized in that the wire is composed of 99% or more of copper. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
上記半導体レーザ素子と上記ステムとの間に配置されたサブマウントを備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1,
A semiconductor laser device comprising: a submount disposed between the semiconductor laser element and the stem. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
上記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を分割および回折する光学素子と、
上記光学素子を保持するキャップと、
上記光学素子に回折されたレーザ光を受光する受光素子と
を備えていることを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1,
An optical element for splitting and diffracting the laser beam emitted from the semiconductor laser element;
A cap for holding the optical element;
A semiconductor laser device comprising: a light receiving element that receives the laser light diffracted by the optical element. 請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
上記受光素子に電気的に接続される少なくとも１つのワイヤを備え、
上記ワイヤの材質は９９％以上の組成が銅であることを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 3,
Comprising at least one wire electrically connected to the light receiving element;
A semiconductor laser device characterized in that the wire is made of copper with a composition of 99% or more. 請求項１または４に記載の半導体レーザ装置において、
上記ワイヤの直径は１０μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1 or 4,
A semiconductor laser device, wherein the wire has a diameter of 10 μm or more and 50 μm or less. 請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記サブマウントは焼結体からなり、
上記焼結体の材質の組成は９５％以上がＳｉＣまたはＡｌＮであり、
上記焼結体の表面上には上記半導体レーザ素子と電気的に接合するための金属が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 2,
The submount is made of a sintered body,
95% or more of the composition of the material of the sintered body is SiC or AlN,
A metal for electrically joining the semiconductor laser element is formed on the surface of the sintered body. 請求項６に記載の半導体レーザ装置において、
上記焼結体と上記金属との間には、ＴｉとＰｔとからなるバリアメタル層が形成され、
上記金属は１.５μｍ以上３.５μｍ以下の厚さのＡｕ−Ｓｎからなることを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 6, wherein
A barrier metal layer made of Ti and Pt is formed between the sintered body and the metal,
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the metal is made of Au—Sn having a thickness of 1.5 μm or more and 3.5 μm or less. 請求項２に記載の半導体レーザ装置において、
上記半導体レーザ素子は、前方に主出射面を有すると共に、後方に副出射面を有し、
上記サブマウントは、Ｓｉからなる基板であると共に、上記副出射面から出射されたレーザ光を受光する受光部を有し、
上記受光部で受光されたレーザ光に基づいて、上記半導体レーザ素子のレーザパワーを調整することを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 2,
The semiconductor laser element has a main emission surface on the front side and a sub emission surface on the rear side.
The submount is a substrate made of Si, and has a light receiving portion that receives the laser light emitted from the sub emission surface.
A semiconductor laser device, wherein the laser power of the semiconductor laser element is adjusted based on the laser beam received by the light receiving unit. 請求項１に記載の半導体レーザ装置において、
上記ワイヤが２本以上あり、
上記ワイヤは、上記半導体レーザ素子と、電流が外部から供給されるステム端子部とを接続することを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 1,
There are two or more wires,
The wire connects the semiconductor laser element and a stem terminal portion to which a current is supplied from the outside. 請求項３に記載の半導体レーザ装置において、
上記ステム、キャップおよび光学素子で囲まれた空間が外部の空間と連通させる隙間が形成されていることを特徴とする半導体レーザ装置。 The semiconductor laser device according to claim 3,
A semiconductor laser device, wherein a space surrounded by the stem, the cap and the optical element is formed to communicate with an external space. 請求項１０に記載の半導体レーザ装置において、
上記隙間は少なくともキャップとステムとの間にあることを特徴とする半導体レーザ装置。
The semiconductor laser device according to claim 10, wherein
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the gap is at least between the cap and the stem.
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