JP2007227724A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】インダクタンスを低減する。
【解決手段】本発明に係る半導体発光装置は、ステムボディと、ステムボディの上面に突出するように設けられたヒートシンクブロックと、ヒートシンクブロックの側面に接合され、ヒートシンクブロックと接する面の反対面に金属膜が形成された半絶縁性のサブマウントと、サブマウントの金属膜にＰ側電極が接合された発光素子と、ステムボディの下面に溶接され、ステムボディ及びヒートシンクブロックと共通電位になっている第１リードと、ステムボディとは絶縁された状態でステムボディを上下に貫通する第２リードと、発光素子のＮ型電極とヒートシンクブロックの側面を接続する第１ワイヤと、サブマウントの金属膜と第２リードを接続する第２ワイヤとを有し、ヒートシンクブロックの側面のうち、サブマウントが接合された部分よりも、第１ワイヤが接続された部分の方が、発光素子に近付くように突出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、高出力型の半導体発光素子、特に記録型高出力レーザダイオードに関するものである。
記録型のＤＶＤドライブにおいて、記録時の倍速が上がるにつれて、記録型高出力レーザダイオードに要求される光出力が益々増大してきている。例えば１６倍速の２層記録に対応しようとした場合、レーザダイオードの光出力として３００ｍＷ以上が必要となる。このような高出力では、供給する電力も非常に大きくなるために、パルス動作させたときパッケージのインダクタンスの影響で立ち上がり波形がなまり、正常なパルス波形が得られないという問題がある。そして、このインダクタンスは、主にワイヤのインダクタンスである。そこで、従来は、ワイヤを二本ずつ設けることでインダクタンスを低減していた。
図１７は、従来の半導体発光装置を示す上面図であり、図１８はその側面図である。図示のように、半導体発光装置は、ステムボディ１１と、ヒートシンクブロック１２と、サブマウント１４と、発光素子１５と、第１リード１６と、第２リード１８と、第１ワイヤ１９と、第２ワイヤ２０とを有する（例えば、特許文献１参照）。そして、従来は、第１ワイヤ１９と第２ワイヤ２０が、それぞれ二本ずつ設けられていた。
特開平０７−２４０５６５号公報
ステムボディの外形が５．６ｍｍΦの従来の半導体発光装置において、ワイヤを一本ずつ設けた場合、インダクタンスの実測値は２．８ｎＨであった。これに対し、高周波シミュレータでインダクタンスを計算したところ、実測値とほぼ同じ値が得られた。ただし、Ａｕワイヤの径を２５μｍΦ、リード径を０．４５μｍΦ、ステムボディの厚みを１．２ｍｍ、インナーリードの長さを１．３ｍｍ、アウターリードの長さを１ｍｍ、Ａｕワイヤの長さの合計を１．９ｍｍとした。なお、高周波シミュレータで調べたところ、インダクタンスは、Ａｕワイヤ部で２．２５ｎＨ、その他の部分が０．５５ｎＨであり、ほとんどＡｕワイヤ部で決まっていることが分かった。
これに対し、従来のようにワイヤを二本ずつ設けた場合は、インダクタンスが１．８ｎＨ程度になった。この場合、装置全体のインダクタンスが２．３ｎＨ以下という目標値を達成することができた。
しかし、従来の半導体発光装置では、ワイヤを二本ずつ設けるため、ワイヤ打ちに要する時間が二倍になり、生産能力が半減していた。そこで、新規の装置を導入する必要があるが、特に記録型のＤＶＤドライブは生産量が多いため、ワイヤボンディング装置導入にかかる費用は膨大になるという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、第１ワイヤと第２ワイヤを一本ずつ設けた場合でも、インダクタンスを低減することができる半導体発光装置を得るものである。
本発明に係る半導体発光装置は、ステムボディと、ステムボディの上面に突出するように設けられたヒートシンクブロックと、ヒートシンクブロックの側面に接合され、ヒートシンクブロックと接する面の反対面に金属膜が形成された半絶縁性のサブマウントと、サブマウントの金属膜にＰ側電極が接合された発光素子と、ステムボディの下面に溶接され、ステムボディ及びヒートシンクブロックと共通電位になっている第１リードと、ステムボディとは絶縁された状態でステムボディを上下に貫通する第２リードと、発光素子のＮ型電極とヒートシンクブロックの側面を接続する第１ワイヤと、サブマウントの金属膜と第２リードを接続する第２ワイヤとを有し、ヒートシンクブロックの側面のうち、サブマウントが接合された部分よりも、第１ワイヤが接続された部分の方が、発光素子に近付くように突出している。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
本発明により、第１ワイヤと第２ワイヤを一本ずつ設けた場合でも、インダクタンスを低減することができる。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体発光装置を示す上面図であり、図２はその側面図であり、図３は要部を拡大した上面図である。図示のように、外形が５．６ｍｍΦのステムボディ１１の上面に突出するようにヒートシンクブロック１２が設けられている。このヒートシンクブロック１２は、ステムボディ１１と一体形成されるか、又はステムボディ１１にロー付けされている。
また、ヒートシンクブロック１２の側面に、半絶縁性のサブマウント１４が半田接合されている。この半絶縁性のサブマウント１４は、ヒートシンクブロック１２と接する面の反対面に金属膜１３が形成されている。そして、発光素子１５のＰ側電極は、サブマウント１４の金属膜１３に半田接合されている。
また、第１リード１６は、ステムボディ１１の下面に溶接され、ステムボディ１１及びヒートシンクブロック１２と共通電位になっている。そして、第２リード１８は、ステムボディ１１とは絶縁性ガラス１７により絶縁された状態で固定され、ステムボディ１１を上下に貫通する。この第１リード１６と第２リード１８に電力を供給することで、発光素子１５を動作させて発光させる。なお、第２リード１８は二本あるが、電極として使用するのは片方のみである。
また、第１ワイヤ１９は、Ａｕワイヤであり、発光素子１５のＮ型電極とヒートシンクブロック１２の側面を接続する。そして、第２ワイヤ２０は、Ａｕワイヤであり、サブマウント１４の金属膜１３と第２リード１８を接続する。
ここで、従来の装置では、ヒートシンクブロック１２は、絶縁性ガラス１７に引っかからないように段差が設けられており、上面から見た場合の形状が左右対称であった。これにより、従来の装置では、ヒートシンクブロック１２の側面のうち、サブマウント１４が接合された部分よりも、第２ワイヤ２０が接続された部分の方が、０．５ｍｍ程度、発光素子１５から遠ざかっていた。このことが、ワイヤ長が長くなる原因となっていた。
これに対し、本実施の形態では、ヒートシンクブロック１２の側面のうち、サブマウント１４が接合された部分よりも、第１ワイヤ１９が接続された部分の方が、発光素子１５に近付くように突出している。これにより、第１ワイヤ１９の長さを０．７ｍｍ以下にすることで、従来の装置に比べてワイヤ長を短くすることができ、インダクタンスを低減することができる。
ここで、図４は、ワイヤを一本ずつ設けた場合について、高周波シミュレータで求めた、ワイヤ長とワイヤ部のインダクタンスの関係を示す図である。従来の半導体発光装置では、ワイヤ部のインダクタンスは２．２５ｎＨで、ワイヤ長は１．９ｍｍである。そして、装置全体のインダクタンスを目標値２．３ｎＨにするためには、ワイヤ部のインダクタンスは１．７ｎＨにしなければならない。この場合のワイヤ長は１．５７ｍｍである。従って、少なくとも０．３３ｍｍはワイヤ長を短くする必要がある。
これに対し、ヒートシンクブロック１２の側面の第２ワイヤ２０が接続された部分と、発光素子１５の第１ワイヤ１９が接続された部分の高さを一致させると、ヒートシンクブロック１２の段差分の０．５ｍｍと、サブマウント１４の厚み分の０．２５ｍｍと、発光素子１５の厚み分の０．１ｍｍとの合計０．８５ｍｍ、ワイヤ長を短くすることができる。これにより、ワイヤ長の短縮目標である０．３３ｍｍを上回り、ワイヤ部のインダクタンスは１．１ｎＨとなり、装置全体のインダクタンスは１．６５ｎＨとなって、目標値２．３ｎＨ以下にすることができる。
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体発光装置を示す上面図であり、図６はその側面図である。本実施の形態では、実施の形態１に比べてヒートシンクブロック１２の形状が異なる。
実施の形態１のヒートシンクブロック１２は、使用しない方の第２リード１８に接触しないように下面がえぐれた複雑な構造になっている。これにより、製造時の歩留まり低下を招くと共に、コストがアップするという問題がある。
そこで、本実施の形態では、第２ワイヤ２０が接続された第２リード１８以外のリードがステムボディ上に突出しないようにして、ヒートシンクブロック１２の下面を平坦にしている。具体的には、使用しない方の第２リード１８を第１リード１６と同様にステムボディ１１の下面に溶接して、ステムボディ１１上に突出させないことで、ヒートシンクブロック１２と接触しないようにしている。なお、使用上問題なければ、使用しない方の第２リード１８そのものを省略しても良い。
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る半導体発光装置を示す上面図であり、図８はその側面図である。本実施の形態では、第２リード１８を、発光素子１５の方に近付くように曲げて、第２ワイヤの長さを０．７ｍｍ以下にしている。
これにより、ワイヤ長の短縮分は０．４ｍｍとなり、ワイヤ長の短縮目標である０．３３ｍｍを上回り、ワイヤ部のインダクタンスは１．６０ｎＨとなり、装置全体のインダクタンスは２．１５ｎＨとなって、目標値２．３ｎＨ以下にすることができる。また、実施の形態１，２に比べて、本実施の形態では、ヒートシンクブロック１２の構造が従来のものとほとんど変わらないため、安定した生産が期待できる。
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る半導体発光装置を示す上面図であり、図１０はその側面図である。本実施の形態では、第１リード１６及び第２リード１８が、発光素子１５を中心とした同心円状に配置されている。そして、この同心円の半径は、第２ワイヤ２０の長さが０．７ｍｍ以下となるように設定されている。
具体的には、外形が５．６ｍｍΦの従来の装置ではリードのPin Circle Diameter（P. C. D）は２ｍｍであったが、これを外形が３．８ｍｍΦの装置で使用されている１．４３ｍｍまで小さくする。これにより、ワイヤ長の短縮分は０．５７ｍｍとなり、ワイヤ長の短縮目標である０．３３ｍｍを上回り、ワイヤ部のインダクタンスは１．４０ｎＨとなり、装置全体のインダクタンスは１．９５ｎＨとなって、目標値２．３ｎＨ以下にすることができる。
なお、本実施の形態の半導体発光装置のリードを半田付けする基板の設計を変更する必要があるが、半導体発光装置の製造時の困難さは従来と同程度であり、従来と同程度の価格で製造することができる。
実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５に係る半導体発光装置を示す上面図であり、図１２はその側面図である。本実施の形態では、従来の装置に比べてサブマウント１４を大きくすることによって、サブマウント１４の金属膜１３と第２リード１８を接続する第２ワイヤ２０を０．７ｍｍ以下に短縮する。
本実施の形態により、ワイヤ長の短縮分は０．５ｍｍとなり、ワイヤ長の短縮目標である０．３３ｍｍを上回り、ワイヤ部のインダクタンスは１．４８ｎＨとなり、装置全体のインダクタンスは２．０３ｎＨとなって、目標値２．３ｎＨ以下にすることができる。
なお、本実施の形態ではサブマウント１４が大きくなることによるコストアップがあるが、他の構造は従来とほとんど同じなので、構造変更に伴う金型費用等の発生を抑えることができる。
また、本実施の形態と実施の形態１とを組み合わせることで、ワイヤ長の短縮分は１．３ｍｍとなり、ワイヤ長の短縮目標である０．３３ｍｍを大きく上回り、ワイヤ部のインダクタンスは０．９２ｎＨとなり、装置全体のインダクタンスは１．４７Ｈとなって、目標値２．３ｎＨ以下にすることができる。
実施の形態６．
図１３は、本発明の実施の形態６に係る半導体発光装置を示す上面図であり、図１４はその側面図である。本実施の形態では、実施の形態５において、ヒートシンクブロック１２の側面のサブマウント１４が接合された部分と同じ部分に、第１ワイヤ１９を接続することによって、第１ワイヤ１９を０．７ｍｍ以下に短縮する。
本実施の形態により、ワイヤ長の短縮分は１．０ｍｍとなり、ワイヤ長の短縮目標である０．３３ｍｍを上回り、ワイヤ部のインダクタンスは１．０４ｎＨとなり、装置全体のインダクタンスは１．５９ｎＨとなって、目標値２．３ｎＨ以下にすることができる。なお、本実施の形態では、実施の形態５と同様にサブマウント１４が大きくなることによるコストアップがあるが、実施の形態５よりも更にインダクタンスを小さくすることができる。
実施の形態７．
図１５は、本発明の実施の形態７に係る半導体発光装置を示す上面図であり、図１６はその側面図である。本実施の形態に係る半導体発光装置は、基板との間隔が１ｍｍより狭くなるように基板に接続される。
基板との間隔は通常は１ｍｍ程度であるが、この間隔を０．５ｍｍまで短くすると装置全体のインダクタンスを０．４ｎＨ低減することができる。この構成を他の実施の形態と組み合わせることで、装置全体のインダクタンスを目標値２．３ｎＨ以下にすることができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体発光装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体発光装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体発光装置の要部を拡大した上面図である。 ワイヤを一本ずつ設けた場合について、高周波シミュレータで求めた、ワイヤ長とワイヤ部のインダクタンスの関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体発光装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体発光装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体発光装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体発光装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体発光装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体発光装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体発光装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体発光装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体発光装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体発光装置を示す側面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体発光装置を示す上面図である。 本発明の実施の形態７に係る半導体発光装置を示す側面図である。 従来の半導体発光装置を示す上面図である。 従来の半導体発光装置を示す側面図である。
符号の説明
１１ ステムボディ
１２ ヒートシンクブロック
１３ 金属膜
１４ サブマウント
１５ 発光素子
１６ 第１リード
１８ 第２リード
１９ 第１ワイヤ
２０ 第２ワイヤ

Claims (8)

  1. ステムボディと、
    前記ステムボディの上面に突出するように設けられたヒートシンクブロックと、
    前記ヒートシンクブロックの側面に接合され、前記ヒートシンクブロックと接する面の反対面に金属膜が形成された半絶縁性のサブマウントと、
    前記サブマウントの前記金属膜にＰ側電極が接合された発光素子と、
    前記ステムボディの下面に溶接され、前記ステムボディ及び前記ヒートシンクブロックと共通電位になっている第１リードと、
    前記ステムボディとは絶縁された状態で前記ステムボディを上下に貫通する第２リードと、
    前記発光素子のＮ型電極と前記ヒートシンクブロックの側面を接続する第１ワイヤと、
    前記サブマウントの前記金属膜と前記第２リードを接続する第２ワイヤとを有し、
    前記ヒートシンクブロックの側面のうち、前記サブマウントが接合された部分よりも、前記第１ワイヤが接続された部分の方が、前記発光素子に近付くように突出していることを特徴とする半導体発光装置。
  2. 前記第１ワイヤの長さは０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
  3. 前記第２ワイヤが接続された前記第２リード以外のリードは前記ステムボディ上に突出しておらず、
    前記ヒートシンクブロックの下面は平坦であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
  4. 前記第２リードは、前記発光素子の方に近付くように曲がっていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の半導体発光装置。
  5. ステムボディと、
    前記ステムボディの上面に突出するように設けられたヒートシンクブロックと、
    前記ヒートシンクブロックの側面に接合され、前記ヒートシンクブロックと接する面の反対面に金属膜が形成された半絶縁性のサブマウントと、
    前記サブマウントの前記金属膜にＰ側電極が接合された発光素子と、
    前記ステムボディの下面に溶接され、前記ステムボディ及び前記ヒートシンクブロックと共通電位になっている第１リードと、
    前記ステムボディとは絶縁された状態で前記ステムボディを上下に貫通する第２リードと、
    前記発光素子のＮ型電極と前記ヒートシンクブロックの側面を接続する第１ワイヤと、
    前記サブマウントの前記金属膜と前記第２リードを接続する第２ワイヤとを有し、
    前記第２リードは、前記発光素子の方に近付くように曲がっていることを特徴とする半導体発光装置。
  6. 前記第２ワイヤの長さは０．７ｍｍ以下であることを特徴とする請求項４又は５に記載の半導体発光装置。
  7. ステムボディと、
    前記ステムボディの上面に突出するように設けられたヒートシンクブロックと、
    前記ヒートシンクブロックの側面に接合され、前記ヒートシンクブロックと接する面の反対面に金属膜が形成された半絶縁性のサブマウントと、
    前記サブマウントの前記金属膜にＰ側電極が接合された発光素子と、
    前記ステムボディの下面に溶接され、前記ステムボディ及び前記ヒートシンクブロックと共通電位になっている第１リードと、
    前記ステムボディとは絶縁された状態で前記ステムボディを上下に貫通する第２リードと、
    前記発光素子のＮ型電極と前記ヒートシンクブロックの側面を接続する第１ワイヤと、
    前記サブマウントの前記金属膜と前記第２リードを接続する第２ワイヤとを有し、
    前記第１リード及び前記第２リードが、前記発光素子を中心とした同心円状に配置され、
    前記第２ワイヤの長さは０．７ｍｍ以下であることを特徴とする半導体発光装置。
  8. 基板との間隔が１ｍｍより狭くなるように前記基板に接続されることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の半導体発光装置。
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