JP2007335678A - Semiconductor laser light source apparatus, communication equipment using it, and lighting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor laser source apparatus superior in heat dissipation from a semiconductor laser element and is superior in long driving reliability in high output. <P>SOLUTION: The semiconductor laser source apparatus includes a substrate, a spot-facing hole formed on a surface of the substrate, and a first electrode which serves as a metal reflecting film arranged at least on a part of a surface of the spot-facing hole. In the semiconductor laser light source apparatus, the semiconductor laser element and a light scattering medium arranged around the semiconductor laser element are stored in the spot-facing hole in a state where the semiconductor laser element and the first electrode are electrically connected. A second electrode is arranged on the substrate, and the semiconductor laser element and the second electrode are connected by belt-like wiring. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体レーザ光源装置に関し、より詳しくは、高出力な半導体レーザ素子の長期駆動信頼性を向上させることに関する。   The present invention relates to a semiconductor laser light source device, and more particularly to improving long-term drive reliability of a high-power semiconductor laser element.

近年、半導体レーザ光源を用いた通信機器においては、通信距離の長距離化や通信速度の一層の向上が求められており、半導体レーザ光源装置を用いた照明機器においては、一層の輝度の向上が求められている。この要望に応えるためには、その本体である半導体レーザ光源装置そのものの放射強度の向上が必要である。   In recent years, communication equipment using a semiconductor laser light source has been required to have a longer communication distance and further improved communication speed, and illumination equipment using a semiconductor laser light source device has been required to further improve brightness. It has been demanded. In order to meet this demand, it is necessary to improve the radiation intensity of the semiconductor laser light source device itself as the main body.

一方、半導体レーザ光源装置は、室内等で使用する場合においては、人間の眼に対する安全性が確保されている必要がある。このため、IEC規格等により最大許容放射強度が規定されている。   On the other hand, when the semiconductor laser light source device is used indoors or the like, it is necessary to ensure safety for human eyes. For this reason, the maximum allowable radiation intensity is defined by IEC standards and the like.

ここで、IEC規格等による最大許容放射強度は、レーザ波長や駆動条件(レーザ電流、光パワー等)によっても影響されるが、その強度を決定する主要因はアパーレント光源径(見かけ上の光源径)であることが知られており、アパーレント光源径を大きくすることにより、最大許容放射強度を大きくできる。   Here, the maximum allowable radiation intensity according to the IEC standard is also influenced by the laser wavelength and driving conditions (laser current, optical power, etc.). The main factor that determines the intensity is the apparent light source diameter (apparent light source diameter). It is known that the maximum allowable radiation intensity can be increased by increasing the diameter of the apparent light source.

そこで、半導体レーザ光源自体のサイズを大きくすることなく、アパーレント光源径を大きくすることにより、最大許容放射強度を増大させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   Therefore, a technique for increasing the maximum allowable radiation intensity by increasing the diameter of the apparent light source without increasing the size of the semiconductor laser light source itself has been proposed (for example, see Patent Document 1).

WO03-077389号公報WO03-077389

上記技術を用いてアパーレント光源径を大きくするためには、半導体レーザ素子から出射される光の強度自体を増大させる必要がある。また、上述したように放射強度を高める要望が高まっており、半導体レーザ素子の駆動電流や駆動電圧を増大させることにより、半導体レーザ素子の光強度を増大させる試みが行われてきた。   In order to increase the apparent light source diameter using the above technique, it is necessary to increase the intensity of the light emitted from the semiconductor laser element itself. Further, as described above, there is an increasing demand for increasing the radiation intensity, and attempts have been made to increase the light intensity of the semiconductor laser element by increasing the driving current and driving voltage of the semiconductor laser element.

しかしながら、駆動電流や駆動電圧を高めると、その分半導体レーザ素子の発熱量が増大する。半導体レーザ素子の発光特性は、素子温度変化によって大きく影響を受けることが知られており、長期駆動信頼性に優れた半導体レーザ光源を得るためには、半導体レーザ素子(特に、その活性層)で発生した熱を、光源装置外部に速やかに放熱することが望まれる。   However, when the drive current or drive voltage is increased, the amount of heat generated by the semiconductor laser element increases accordingly. It is known that the light emission characteristics of a semiconductor laser element are greatly affected by changes in element temperature. In order to obtain a semiconductor laser light source with excellent long-term driving reliability, a semiconductor laser element (especially its active layer) is used. It is desired to quickly dissipate the generated heat to the outside of the light source device.

図18に、従来の半導体レーザ光源装置の断面模式図を示す。図18に示すように、半導体レーザ素子1の周囲は、光散乱粒子3を含む樹脂4により取り囲まれているが、この樹脂4は金属などに比べて熱伝導性が非常に悪い。このため、半導体レーザ素子1の上面側から熱を逃がすことは難しい。また、半導体レーザ素子1の上面側は、光を取り出す側であるため、半導体レーザ素子1の上面側に放熱用の加工をすることが難しい。   FIG. 18 is a schematic sectional view of a conventional semiconductor laser light source device. As shown in FIG. 18, the periphery of the semiconductor laser element 1 is surrounded by a resin 4 containing light scattering particles 3, but this resin 4 has very poor thermal conductivity compared to metal or the like. For this reason, it is difficult to release heat from the upper surface side of the semiconductor laser element 1. Further, since the upper surface side of the semiconductor laser element 1 is a side from which light is extracted, it is difficult to process the heat radiation on the upper surface side of the semiconductor laser element 1.

このため、半導体レーザ素子1の下面側から放熱する試みがなされていた。ところが、半導体レーザ素子1の実装時に、銀ペーストなどの接着材料により発光面が塞がれる可能性があるので、半導体レーザ素子1において、活性層(発光層)よりも下側の半導体層をある程度厚くする必要がある。このため、半導体レーザ素子1の活性層で発生した熱を下端部に逃がすには、金属に比べて熱伝導性の悪い半導体層を、ある程度の距離通らねばならず、放熱効率が悪い。   For this reason, attempts have been made to dissipate heat from the lower surface side of the semiconductor laser element 1. However, since the light emitting surface may be blocked by an adhesive material such as silver paste when the semiconductor laser element 1 is mounted, the semiconductor layer below the active layer (light emitting layer) in the semiconductor laser element 1 is provided to some extent. It needs to be thick. For this reason, in order to release the heat generated in the active layer of the semiconductor laser element 1 to the lower end portion, the semiconductor layer having a lower thermal conductivity than the metal must pass through a certain distance, resulting in poor heat dissipation efficiency.

本発明は、以上に鑑みなされたものであって、半導体レーザ素子からの放熱性がよく、高出力での長期駆動信頼性に優れた半導体レーザ光源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser light source device that has good heat dissipation from a semiconductor laser element and is excellent in long-term drive reliability at high output.

上記課題を解決するための第1の態様の本発明は、基板と、前記基板表面に形成された凹状のザグリ穴と、前記ザグリ穴の表面の少なくとも一部に設けられた金属反射膜を兼ねる第1の電極と、を備え、前記ザグリ穴内に、前記半導体レーザ素子と、当該半導体レーザ素子の周囲に配置された光散乱媒体とが、前記半導体レーザ素子と前記第1の電極とが電気的に接続された状態で収容された半導体レーザ光源装置において、前記基板上に第2の電極が設けられ、前記半導体レーザ素子と、前記第2の電極とが、帯状の配線によって接続されていることを特徴とする。   The first aspect of the present invention for solving the above problem also serves as a substrate, a concave counterbore hole formed on the surface of the substrate, and a metal reflection film provided on at least a part of the surface of the counterbore hole. A first electrode; and the semiconductor laser element and a light scattering medium disposed around the semiconductor laser element in the counterbore, wherein the semiconductor laser element and the first electrode are electrically In the semiconductor laser light source device housed in a connected state, a second electrode is provided on the substrate, and the semiconductor laser element and the second electrode are connected by a strip-shaped wiring. It is characterized by.

この構成によると、半導体レーザ素子内部で発生した熱が、従来のボンディングワイヤよりも断面積の大きい帯状配線により効率よく半導体レーザ素子外部に放熱される。よって、高出力駆動時の長期信頼性が向上する。   According to this configuration, the heat generated inside the semiconductor laser element is efficiently radiated to the outside of the semiconductor laser element by the strip-shaped wiring having a cross-sectional area larger than that of the conventional bonding wire. Therefore, long-term reliability during high output driving is improved.

ここで、帯状配線とは、幅が厚みよりも大きい配線全てを意味する。   Here, the strip-shaped wiring means all wirings whose width is larger than the thickness.

上記構成において、放熱性を高める観点から、帯状配線の断面積を2000μm以上とすることが好ましい。 In the above configuration, it is preferable that the cross-sectional area of the strip-like wiring is 2000 μm 2 or more from the viewpoint of improving heat dissipation.

また、前記第1の電極と、前記半導体レーザ素子とが直接接触する構成とすると、第1の電極と半導体レーザ素子との間の配線を不要することができる。   Further, when the first electrode and the semiconductor laser element are in direct contact with each other, wiring between the first electrode and the semiconductor laser element can be eliminated.

また、前記帯状配線の前記ザグリ穴側の面に絶縁膜を形成すると、帯状配線と第1の電極との接触(ショート)を確実に防止できる。   In addition, if an insulating film is formed on the surface of the strip-shaped wiring on the counterbore hole side, contact (short circuit) between the strip-shaped wiring and the first electrode can be reliably prevented.

上記構成において、前記第1の電極は、前記ザグリ穴表面全てに形成され、前記第1の電極の表面の一部が絶縁膜により被覆され、当該絶縁膜上に前記帯状配線が形成されている構成とすることができる。   In the above configuration, the first electrode is formed on the entire surface of the counterbore hole, a part of the surface of the first electrode is covered with an insulating film, and the strip-shaped wiring is formed on the insulating film. It can be configured.

上記構成において、前記ザグリ穴表面であって、前記第1の電極が形成されていない部分に、前記帯状配線が形成されている構成とすることができる。   The said structure WHEREIN: It can be set as the structure by which the said strip | belt-shaped wiring is formed in the part which is the said counterbore hole surface and the said 1st electrode is not formed.

これらの構成によると、帯状配線を蒸着等の方法により形成することができ、製造コストを低減できる。   According to these configurations, the strip-like wiring can be formed by a method such as vapor deposition, and the manufacturing cost can be reduced.

上記構成において、前記ザグリ穴の表面には、前記金属反射膜を兼ねる第1の電極と、前記第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極とを電気的に絶縁する絶縁部分と、が形成されており、前記半導体レーザ素子が第1の電極が形成された領域上に実装されている構成とすることができる。   In the above-described configuration, the surface of the counterbore hole is electrically insulated from the first electrode also serving as the metal reflection film, the second electrode, and the first electrode and the second electrode. And the semiconductor laser element is mounted on the region where the first electrode is formed.

この構成によると、ザグリ穴の外部の基板部分に第2の電極を形成する場合に比べて帯状配線の長さを短くすることができ、これにより放熱性を一層高めることができる。この構成を採用する場合には、半導体レーザ素子の光効率を高めるために、半導体レーザ素子のレーザ出射端面を、第1の電極(金属反射膜)側に位置させる。   According to this configuration, the length of the strip-like wiring can be shortened as compared with the case where the second electrode is formed on the substrate portion outside the counterbore hole, thereby further improving the heat dissipation. When this configuration is adopted, in order to increase the light efficiency of the semiconductor laser element, the laser emission end face of the semiconductor laser element is positioned on the first electrode (metal reflective film) side.

この帯状金属配線材料としては、アルミ、金、銅、銀等の公知の配線材料を用いることができる。   As the strip-shaped metal wiring material, a known wiring material such as aluminum, gold, copper, or silver can be used.

また、帯状配線材料として、エポキシ等の導電性樹脂を用いることができる。この導電性樹脂の厚みは、導電性を十分に確保するために、10μm以上とすることが好ましい。   Moreover, as the strip-shaped wiring material, a conductive resin such as epoxy can be used. The thickness of the conductive resin is preferably 10 μm or more in order to ensure sufficient conductivity.

上記課題を解決するための第2の態様の本発明は、基板と、前記基板表面に形成された凹状のザグリ穴と、前記ザグリ穴の表面の少なくとも一部に設けられた金属反射膜を兼ねる第1の電極と、を備え、前記ザグリ穴内に、前記半導体レーザ素子と、当該半導体レーザ素子の周囲に配置された光散乱媒体とが、前記半導体レーザ素子と前記第1の電極とが電気的に接続された状態で収容された半導体レーザ光源装置において、前記基板上に第2の電極が設けられ、前記半導体レーザ素子と、前記第2の電極とが、配線によって接続されており、前記半導体レーザ素子で発生した熱を外部に放出する放熱用帯が、前記半導体レーザ素子と前記基板とを接続していることを特徴とする。   The second aspect of the present invention for solving the above problem also serves as a substrate, a concave counterbore hole formed in the surface of the substrate, and a metal reflective film provided on at least a part of the surface of the counterbore hole. A first electrode; and the semiconductor laser element and a light scattering medium disposed around the semiconductor laser element in the counterbore, wherein the semiconductor laser element and the first electrode are electrically In the semiconductor laser light source device housed in a connected state, a second electrode is provided on the substrate, and the semiconductor laser element and the second electrode are connected by wiring, and the semiconductor A heat dissipation band for releasing heat generated by the laser element to the outside connects the semiconductor laser element and the substrate.

本発明により、高出力で駆動する半導体レーザ素子の放熱性を向上させることができる。半導体レーザ素子の動作温度の上昇を抑えることにより、光源装置の長期駆動信頼性を高めることができる。これを用いることにより、高速通信ができ且つ通信距離が長い通信機器や、輝度の高い照明機器を実現できる。   According to the present invention, it is possible to improve the heat dissipation of a semiconductor laser element driven at a high output. By suppressing the increase in the operating temperature of the semiconductor laser element, the long-term driving reliability of the light source device can be improved. By using this, it is possible to realize a communication device that can perform high-speed communication and has a long communication distance, and a lighting device with high luminance.

(実施の形態1)
図1は本実施の形態にかかる半導体レーザ光源装置(モジュール)の斜視図である。
本実施の形態にかかる光源装置は、ガラスエポキシ樹脂基板9にザグリ穴2が形成され、ザグリ穴2の表面は金でメッキされて金属反射膜を兼ねる第1の電極が形成されている。ザグリ穴2の底面中央において、半導体レーザ素子1が銀ペースト等により第1の電極と電気的に接続された状態で実装されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a perspective view of a semiconductor laser light source device (module) according to the present embodiment.
In the light source device according to the present embodiment, a counterbore hole 2 is formed in a glass epoxy resin substrate 9, and the surface of the counterbore hole 2 is plated with gold to form a first electrode that also serves as a metal reflection film. In the center of the bottom surface of the counterbore hole 2, the semiconductor laser element 1 is mounted in a state of being electrically connected to the first electrode by silver paste or the like.

半導体レーザ素子1の周囲であって、ザグリ穴2内には、光散乱物質3が混練されたシリコーン樹脂4が収容され、これらにより光散乱媒体として機能する散乱領域が形成されている。このため、半導体レーザ素子1から出射したコヒーレント光は、周囲の光散乱物質3によって十分に散乱され、光散乱領域を出射する光はインコヒーレントでかつ光源径も十分に広がったアイセーフな光となる。   Around the semiconductor laser element 1 and in the counterbore hole 2, a silicone resin 4 in which a light scattering material 3 is kneaded is accommodated, thereby forming a scattering region that functions as a light scattering medium. For this reason, the coherent light emitted from the semiconductor laser element 1 is sufficiently scattered by the surrounding light scattering material 3, and the light emitted from the light scattering region becomes incoherent and eye-safe light with a sufficiently wide light source diameter. .

半導体レーザ素子1上端には、図18に示すような従来のボンディングワイヤの代わりに、帯状金属配線5が、第2の電極6と電気的に接続されている。この帯状金属配線5が、半導体レーザ素子1の上面側から熱を放出する経路となる。この金属配線5は、半導体レーザ素子1上面であって、レーザ反射端面側端部(図面左方向端面側端部)に装着されている。これにより、光源径を大きくすることができる。   A strip-shaped metal wiring 5 is electrically connected to the second electrode 6 at the upper end of the semiconductor laser element 1 instead of the conventional bonding wire as shown in FIG. The strip metal wiring 5 becomes a path for releasing heat from the upper surface side of the semiconductor laser element 1. The metal wiring 5 is mounted on the upper surface of the semiconductor laser element 1 and on the end portion on the laser reflection end face side (end on the left end face in the drawing). Thereby, a light source diameter can be enlarged.

また、基板9には、半導体レーザ素子1を駆動するIC8と、IC8と電極とを繋ぐワイヤ7が形成されている。   In addition, an IC 8 for driving the semiconductor laser element 1 and a wire 7 for connecting the IC 8 and the electrode are formed on the substrate 9.

図2はレンズ形成後のモジュールを基板斜め上方から見た図である。図3は完成したモジュールを基板断面方向から見た図である。   FIG. 2 is a view of the module after forming the lens as viewed obliquely from above the substrate. FIG. 3 is a view of the completed module viewed from the substrate cross-sectional direction.

図2及び図3に示すように、基板9及び樹脂4上には、エポキシ系樹脂からなる、モジュール素子保護膜11と一体化したレンズ10が形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, a lens 10 made of an epoxy resin and integrated with a module element protection film 11 is formed on the substrate 9 and the resin 4.

半導体レーザ素子1のサイズは、長さが500μm、幅200μm、高さが100μmである。ザグリ穴2の表面の金メッキを通して半導体レーザ素子1の下端面は第1の電極2aと電気的に繋がっている。一方、半導体レーザ素子1の上面は、帯状金属配線5を介して第2の電極6と繋がっている。金属配線材料としては、金、アルミ、銅、銀などの導電性の高い金属が使用される。   The semiconductor laser element 1 has a length of 500 μm, a width of 200 μm, and a height of 100 μm. The lower end surface of the semiconductor laser element 1 is electrically connected to the first electrode 2a through gold plating on the surface of the counterbore hole 2. On the other hand, the upper surface of the semiconductor laser element 1 is connected to the second electrode 6 via the strip-shaped metal wiring 5. As the metal wiring material, a highly conductive metal such as gold, aluminum, copper, or silver is used.

帯状金属配線5のレーザ素子1上端面へのボンディングの方法としては、熱、超音波、圧力などを使う従来のワイヤボンディング方法と同様の方法を用いることができる。また、帯状金属配線の端部断面を接着する方法以外に、帯状金属配線の下側面を接着してもよい。このような接着方法を用いると、接着面積は従来のものより数倍以上広くなるが、帯状金属配線5の膜厚を、従来のボンディングワイヤの直径程度(およそ25μm程度)とすることにより、圧着の際に単位面積あたりにかけるエネルギー量を変化させる必要をなくすことができる。   As a method of bonding the band-shaped metal wiring 5 to the upper end surface of the laser element 1, a method similar to a conventional wire bonding method using heat, ultrasonic waves, pressure, or the like can be used. Moreover, you may adhere | attach the lower surface of a strip | belt-shaped metal wiring other than the method of adhere | attaching the edge part cross section of a strip | belt-shaped metal wiring. When such an adhesion method is used, the adhesion area becomes several times larger than that of the conventional one. However, by making the film thickness of the band-like metal wiring 5 about the diameter of the conventional bonding wire (about 25 μm), the pressure bonding is performed. In this case, it is possible to eliminate the need to change the amount of energy applied per unit area.

この帯状金属配線5の他方端は、ザグリ穴2の外に形成された第2の電極6に繋がっている。帯状金属配線5の厚さを25μm(一般的なボンディングワイヤの直径に相当する値)、幅を200μm、長さを1mmとした。   The other end of the strip-shaped metal wiring 5 is connected to a second electrode 6 formed outside the counterbore hole 2. The thickness of the band-shaped metal wiring 5 was 25 μm (a value corresponding to the diameter of a general bonding wire), the width was 200 μm, and the length was 1 mm.

この状態で、半導体レーザ素子1を駆動させてその温度上昇の様子を模式的に調べた。図4は、この実施の形態で用いた光源装置の放熱機構をモデル化したものである。半導体レーザ素子1の駆動条件は、注入電流0.1A、印加電圧2.0V、光出力0.08Wとし、この条件では、半導体レーザ素子1から発生する熱量は0.12Wとなる。   In this state, the semiconductor laser device 1 was driven, and the state of the temperature rise was schematically examined. FIG. 4 shows a model of the heat dissipation mechanism of the light source device used in this embodiment. The driving conditions of the semiconductor laser element 1 are an injection current of 0.1 A, an applied voltage of 2.0 V, and an optical output of 0.08 W. Under these conditions, the amount of heat generated from the semiconductor laser element 1 is 0.12 W.

また、半導体レーザ素子1下端面からモジュール外部までの熱抵抗は約200℃/W、そのうち、半導体レーザ素子1の活性層から半導体レーザ素子下面の電極までの熱抵抗は20℃/Wであり、下面から外部までの熱抵抗は180℃/Wである。他方、半導体レーザ素子1上端面から出た配線が繋がる第2の電極6からモジュール外部までの熱抵抗は180℃/Wである。   The thermal resistance from the lower end surface of the semiconductor laser element 1 to the outside of the module is about 200 ° C./W, of which the thermal resistance from the active layer of the semiconductor laser element 1 to the electrode on the lower surface of the semiconductor laser element is 20 ° C./W, The thermal resistance from the bottom surface to the outside is 180 ° C./W. On the other hand, the thermal resistance from the second electrode 6 to which the wiring coming out from the upper end surface of the semiconductor laser element 1 is connected to the outside of the module is 180 ° C./W.

帯状金属配線5の材料として金を選ぶと、金の熱伝導係数は315W/m・℃であり、上記の配線形状に当てはめて計算すると、熱抵抗は630℃/Wになる。これらの条件から、半導体レーザ素子1から発生する熱による温度上昇は19.4℃となる。また、半導体レーザ素子1から発生する熱0.12Wのうち、80%にあたる0.096Wがレーザ素子1下端面からモジュール外部に流れ、残りの20%にあたる0.024Wが上端面から帯状金属配線5を通って外部に流れる。   When gold is selected as the material of the strip-shaped metal wiring 5, the thermal conductivity coefficient of gold is 315 W / m · ° C., and the thermal resistance is 630 ° C./W when calculated by applying to the above wiring shape. Under these conditions, the temperature rise due to heat generated from the semiconductor laser element 1 is 19.4 ° C. In addition, 0.096 W corresponding to 80% of the heat 0.12 W generated from the semiconductor laser element 1 flows from the lower end surface of the laser element 1 to the outside of the module, and 0.024 W corresponding to the remaining 20% flows from the upper end surface to the strip-shaped metal wiring 5. Flows out through.

ここで、帯状金属配線で材質をアルミニウムにした場合は、温度上昇は20℃である。アルミニウムの熱伝導係数は237W/m・℃である。また、熱伝導係数が503W/m・℃の銅を用いた場合、温度上昇は18.6℃となる。これらのことから、熱伝導係数が大きいほど、温度上昇を抑制できることがわかる。   Here, when the material is made of aluminum in the band-shaped metal wiring, the temperature rise is 20 ° C. The thermal conductivity coefficient of aluminum is 237 W / m · ° C. Moreover, when copper with a thermal conductivity coefficient of 503 W / m · ° C. is used, the temperature rise is 18.6 ° C. From these facts, it can be seen that the higher the thermal conductivity coefficient, the more the temperature rise can be suppressed.

次に、上記実施の形態1と比較するため、従来のボンディングワイヤ(直径25μm)を用いた場合の放熱について検討する。金製ボンディングワイヤの場合、熱抵抗は長さ1mmで約6450℃/Wとなり、半導体レーザ素子1から発生する熱のうち、全体の約3パーセントにあたる0.004Wの熱が上端面からボンディングワイヤを通して外部に逃げ、それ以外の97パーセントにあたる0.116Wの熱がレーザ素子1下端面から逃げる。また、レーザ素子1の発熱による温度上昇は23.2℃になる。上記の結果を比較すると、金配線の場合は、帯状金属配線5にすることによってワイヤの場合と比べて6倍以上の熱が上面から逃がすことができ、温度上昇が約4℃低くなることがわかる。   Next, for comparison with the first embodiment, heat dissipation when a conventional bonding wire (diameter 25 μm) is used will be examined. In the case of a gold bonding wire, the thermal resistance is about 6450 ° C./W with a length of 1 mm, and 0.004 W, which is about 3% of the total heat generated from the semiconductor laser element 1, passes through the bonding wire from the upper end surface. The heat escapes to the outside, and the other heat of 0.116 W corresponding to 97% escapes from the lower end surface of the laser element 1. Further, the temperature rise due to heat generation of the laser element 1 is 23.2 ° C. Comparing the above results, in the case of the gold wiring, by using the strip-shaped metal wiring 5, 6 times or more of heat can be released from the upper surface compared to the case of the wire, and the temperature rise is reduced by about 4 ° C. Recognize.

次に帯状配線の厚さを、10μmとした場合の温度上昇を測定した。帯状金属配線の幅は200μmとする。よって、帯状金属配線の断面積は2000μmになる。その結果、半導体レーザ素子1の上端面から帯状金属電極を伝わり放熱された熱量は0.012W、温度上昇は21.6℃となり、従来のボンディングワイヤの場合に比べて1.6℃温度が抑えられる。この結果より、帯状金属配線の厚さを従来のボンディングワイヤの最小径程度まで薄くしても、その温度上昇の低減の効果は従来のボンディングワイヤの場合(0.004W)に比べて3倍程度大きくすることができることがわかる。 Next, the temperature rise was measured when the thickness of the strip wiring was 10 μm. The width of the strip-shaped metal wiring is 200 μm. Therefore, the cross-sectional area of the strip-shaped metal wiring is 2000 μm 2 . As a result, the amount of heat radiated from the upper end surface of the semiconductor laser element 1 through the strip metal electrode is 0.012 W, and the temperature rise is 21.6 ° C., which is 1.6 ° C. lower than the conventional bonding wire. It is done. From this result, even if the thickness of the strip-shaped metal wiring is reduced to about the minimum diameter of the conventional bonding wire, the effect of reducing the temperature rise is about three times that of the conventional bonding wire (0.004 W). It can be seen that it can be enlarged.

次に、ガラスエポキシ基板に代えて、セラミック基板を用いた場合の温度上昇を調べた。セラミック基板のザグリ穴あるいは外部電極から装置外部までの熱抵抗は100℃/Wである。そして、従来のボンディングワイヤを使用した場合の温度上昇は14.1℃であり、その場合に半導体レーザ素子の上端面から逃げる熱は発熱量全体の2%に当たる0.0024W、帯状配線を使用した場合の温度上昇は12.4℃で、その場合に半導体レーザ素子の上端面から逃げる熱は発熱量全体の14%に当たる0.0168Wであった。   Next, the temperature rise when a ceramic substrate was used instead of the glass epoxy substrate was examined. The thermal resistance from the counterbore or external electrode of the ceramic substrate to the outside of the device is 100 ° C./W. When the conventional bonding wire is used, the temperature rise is 14.1 ° C. In this case, the heat escaping from the upper end surface of the semiconductor laser element is 0.0024 W corresponding to 2% of the total calorific value, and the strip-like wiring is used. In this case, the temperature rise was 12.4 ° C., and the heat escaping from the upper end surface of the semiconductor laser element was 0.0168 W corresponding to 14% of the total calorific value.

セラミック基板そのものの放熱性がガラスエポキシ基板に比べて良いため、従来との差は1.7℃であり、ガラスエポキシ基板の場合より小さくなるが、半導体レーザ素子の上端面から逃げる熱量は約7倍にできる。また、上記のガラスエポキシ基板の場合の温度差と比較すると、基板の熱抵抗が大きい方が、帯状配線をした場合の温度減少の効果は大きいことがわかる。ここで、セラミック基板は熱伝導性が高いが価格が高価であり割れやすく、ガラスエポキシ基板は安価で割れにくいが熱伝導性が悪い傾向にある。これらをふまえて基板材料を適宜選択することが好ましい。   Since the heat dissipation of the ceramic substrate itself is better than that of the glass epoxy substrate, the difference from the conventional one is 1.7 ° C., which is smaller than that of the glass epoxy substrate, but the amount of heat escaping from the upper end surface of the semiconductor laser element is about 7 Can be doubled. In addition, it can be seen that the effect of temperature reduction in the case of forming the strip-shaped wiring is larger when the thermal resistance of the substrate is larger than the temperature difference in the case of the glass epoxy substrate. Here, although the ceramic substrate has high thermal conductivity, the price is expensive and easily broken, and the glass epoxy substrate is cheap and difficult to break, but the thermal conductivity tends to be poor. It is preferable to appropriately select the substrate material based on these.

(実施の形態2)
この実施の形態では、図5に示すように、帯状金属配線5を複数(3本)半導体レーザ素子1上面に装着して、上記実施の形態1よりもさらに放熱性を向上させている。この形態においては、複数の帯状金属配線からの信号が混線しないように、基板内において複数の第2の電極6相互が電気的に接続されている。この帯状金属配線5の材料は金である。
なお、第2の電極を1つのみとし、これに繋がる配線以外の配線は、電極と接続せず、放熱用帯(放熱のみに関与し、電気信号を送らない帯)としてもよい。
(Embodiment 2)
In this embodiment, as shown in FIG. 5, a plurality of (three) band-like metal wirings 5 are mounted on the upper surface of the semiconductor laser element 1 to further improve the heat dissipation compared with the first embodiment. In this embodiment, the plurality of second electrodes 6 are electrically connected in the substrate so that signals from the plurality of strip-shaped metal wirings are not mixed. The material of the strip-shaped metal wiring 5 is gold.
Note that only one second electrode may be provided, and wirings other than the wiring connected to the second electrode may not be connected to the electrode, and may be a heat dissipation band (a band that is involved only in heat dissipation and does not send an electrical signal).

本実施の形態における放熱機構をモデル化したものが図6である。図6中で、1aは熱の発生源を表している。具体的には、レーザ素子の活性層で発生する熱を表しており、電気回路では定電流源に対応する。また、1bは、活性層とレーザ下端面電極との間の半導体層の熱抵抗を表しており、約20℃/Wである。そして、その隣に繋がっている12が、ザグリ穴表面からモジュール外部の間の熱抵抗であり、約180℃/Wになる。一方、R5a〜R5cは、3本の帯状金属配線の熱抵抗を現している。側面両側面の帯状金属配線5の幅を500μm、長さを1.1mmとすると、側面の帯状金属配線1枚分の熱抵抗は280℃/Wになる。3枚の帯状金属配線が並列に繋がっているとして配線部の熱抵抗を測定すると115℃/Wになる。また、13は帯状金属配線が繋がっている外部電極と、モジュール外部の間の熱抵抗である。   FIG. 6 shows a model of the heat dissipation mechanism in the present embodiment. In FIG. 6, 1a represents a heat generation source. Specifically, it represents heat generated in the active layer of the laser element, and corresponds to a constant current source in the electric circuit. Moreover, 1b represents the thermal resistance of the semiconductor layer between the active layer and the laser bottom face electrode, and is about 20 ° C./W. And 12 connected to that is the thermal resistance between the counterbore surface and the outside of the module, which is about 180 ° C./W. On the other hand, R5a to R5c represent the thermal resistance of the three strip metal wires. If the width of the band-like metal wiring 5 on both side surfaces is 500 μm and the length is 1.1 mm, the thermal resistance of one side-band metal wiring is 280 ° C./W. It is 115 ° C./W when the thermal resistance of the wiring portion is measured on the assumption that the three strip metal wirings are connected in parallel. Reference numeral 13 denotes a thermal resistance between the external electrode to which the strip-shaped metal wiring is connected and the outside of the module.

これらを元に計算すると、半導体レーザ素子1上端面から外部に放出される熱量は、発熱量全体の40%にあたる0.048W、下端面から放出される熱量は全体の60%にあたる0.072Wとなり、発熱による温度上昇は14.4℃になる。従来のボンディングワイヤと比較すると約9℃温度上昇を抑えられる。   Based on these calculations, the amount of heat released from the upper end surface of the semiconductor laser device 1 to the outside is 0.048 W, which is 40% of the total heat generation amount, and the amount of heat released from the lower end surface is 0.072 W, which is 60% of the entire amount. The temperature rise due to heat generation is 14.4 ° C. Compared to conventional bonding wires, the temperature rise can be suppressed by about 9 ° C.

(実施の形態3)
図7は、この実施の形態3の概略図である。この実施の形態では、上記実施の形態1で記載した帯状金属配線15の裏面に、絶縁性の樹脂フィルム14が接着されていること以外はすべて同じ構造である。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a schematic diagram of the third embodiment. This embodiment has the same structure except that the insulating resin film 14 is bonded to the back surface of the strip-shaped metal wiring 15 described in the first embodiment.

樹脂フィルムつきの帯状金属配線の作製方法は以下のようにする。帯状配線15の裏面にあらかじめ感光性の樹脂を塗布し、その後、マスクを施して光を照射し、残したい部分の樹脂のみ硬化させる。その後エッチングで、硬化しなかった樹脂を取り除く。樹脂が取り除かれた部分は導電性を有し、レーザ素子上端面および外部電極とのコンタクト部分となる。また、樹脂フィルム14により帯状金属配線とザグリ穴表面に形成された第1の電極との接触によるショートを防ぐことができる。   The production method of the strip-shaped metal wiring with the resin film is as follows. A photosensitive resin is applied in advance to the back surface of the belt-like wiring 15, and then a mask is applied to irradiate light to cure only the portion of the resin that is desired to remain. Thereafter, the uncured resin is removed by etching. The portion from which the resin is removed has conductivity, and becomes a contact portion between the upper end surface of the laser element and the external electrode. Moreover, the resin film 14 can prevent a short circuit due to contact between the strip-shaped metal wiring and the first electrode formed on the surface of the counterbore.

(実施の形態4)
図8は、この実施の形態4の概略図である。この実施の形態では、ザグリ穴表面に帯状に絶縁樹脂膜16を塗布し、マスクを用いてその上だけに帯状の金属配線17を蒸着により形成する。塗布する絶縁性樹脂としては実施の形態3で用いた光硬化性樹脂を用いる。また、金属を蒸着する部分はザグリ穴表面およびレーザ上端面であり、これらは平坦ではないので、マスクを密着させることができない。このため、絶縁性の樹脂の塗布する範囲をある程度大きく取る必要があるが、半導体レーザ素子1より上側には配線が存在しなくなるので、光取り出し効率が上昇する。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a schematic diagram of the fourth embodiment. In this embodiment, the insulating resin film 16 is applied in a band shape on the surface of the counterbore hole, and a band-shaped metal wiring 17 is formed only by vapor deposition using a mask. As the insulating resin to be applied, the photocurable resin used in Embodiment Mode 3 is used. Further, the portions where the metal is deposited are the counterbore hole surface and the laser upper end surface, and these are not flat, so that the mask cannot be adhered. For this reason, it is necessary to increase the range in which the insulating resin is applied to some extent, but since there is no wiring above the semiconductor laser element 1, the light extraction efficiency is increased.

(実施の形態5)
図9および図10は、この実施の形態5にかかる光源装置の概略図である。この実施の形態は、上記実施の形態1と比較して、大きく異なる点が2つある。1つめの相違点は帯状金属配線5の厚さを、実施の形態1に比べて数倍厚くしたことである。具体的には帯状金属配線5の厚みを25μm、50μmと100μmとした3つの場合について検討した。もう1つの相違点は、ザグリ穴2に金属メッキをする際にメッキをしないライン状の絶縁部分18を残すことによって、ザグリ穴2の内面に、金属反射膜を兼ねる第1の電極と、第2の電極とを形成して、帯状金属配線5の長さを短くしたことである。この構成を採用することにより、帯状金属配線5による光の取り出しロスを少なくできる。
(Embodiment 5)
9 and 10 are schematic views of the light source device according to the fifth embodiment. This embodiment has two major differences from the first embodiment. The first difference is that the thickness of the band-like metal wiring 5 is several times thicker than that of the first embodiment. Specifically, three cases were considered in which the thickness of the strip-shaped metal wiring 5 was 25 μm, 50 μm, and 100 μm. Another difference is that by leaving a line-shaped insulating portion 18 that is not plated when metal plating is performed on the counterbore hole 2, a first electrode that also serves as a metal reflection film is formed on the inner surface of the counterbore hole 2, and 2 is formed, and the length of the strip-shaped metal wiring 5 is shortened. By adopting this configuration, it is possible to reduce the light extraction loss due to the band-shaped metal wiring 5.

帯状金属配線5の材質を金とし、長さを200μm、幅を200μmとすると、厚さ25μmの場合の熱抵抗は127℃/W、厚さ50μmの場合の熱抵抗は63.5℃/W、厚さ100μmの場合は31.8℃/Wである。これらの数値から、帯状金属配線5の厚さが25μmの場合は、半導体レーザ素子1の上面を通って外部に逃げる熱は全発熱量の39%にあたる0.047Wで、半導体レーザ素子1の温度上昇は14.5℃、50μmの場合は半導体レーザ素子1上面を通って外部に逃げる熱は全発熱量の45%にあたる0.054Wで、半導体レーザ素子1の温度上昇は13.2℃、100μmの場合は半導体レーザ素子1の上端面を通って外部に逃げる熱は全発熱量の48%にあたる0.058Wで、半導体レーザ素子1の温度上昇は12.3℃になる。   If the material of the band-shaped metal wiring 5 is gold, the length is 200 μm, and the width is 200 μm, the thermal resistance at a thickness of 25 μm is 127 ° C./W, and the thermal resistance at a thickness of 50 μm is 63.5 ° C./W. When the thickness is 100 μm, it is 31.8 ° C./W. From these numerical values, when the thickness of the band-shaped metal wiring 5 is 25 μm, the heat escaping to the outside through the upper surface of the semiconductor laser element 1 is 0.047 W corresponding to 39% of the total calorific value, and the temperature of the semiconductor laser element 1 When the temperature rises at 14.5 ° C. and 50 μm, the heat escaping to the outside through the upper surface of the semiconductor laser element 1 is 0.054 W corresponding to 45% of the total calorific value, and the temperature rise of the semiconductor laser element 1 is 13.2 ° C. and 100 μm. In this case, the heat escaping to the outside through the upper end surface of the semiconductor laser element 1 is 0.058 W corresponding to 48% of the total calorific value, and the temperature rise of the semiconductor laser element 1 is 12.3 ° C.

従来のボンディングワイヤによる放熱と比べると、帯状配線厚が100μmの場合は従来の場合と比べて約11℃温度上昇を抑えられる。   Compared with the heat radiation by the conventional bonding wire, when the strip-like wiring thickness is 100 μm, the temperature rise of about 11 ° C. can be suppressed as compared with the conventional case.

図11は帯状金属配線の長さが200μmと1000μmの時の帯状配線の厚さと温度上昇の関係をグラフにしたものである。下側の曲線が配線長さが200μmの場合、上側の曲線が配線長さが1000μmの場合の値である。これらを比較すると、配線の長さが200μmの場合、1000μmよりも温度上昇を5℃下げることができる。さらに、長さが200μmの場合において、配線の厚さを25μmから100μmに変えた場合、温度上昇の変化を約2.5℃低くできる。これらの結果から、帯状金属配線の長さを短くし且つ厚さを増せば、温度上昇を大きく抑制できることがわかる。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the thickness of the band-like wiring and the temperature rise when the length of the band-like metal wiring is 200 μm and 1000 μm. The lower curve is the value when the wiring length is 200 μm, and the upper curve is the value when the wiring length is 1000 μm. Comparing these, when the wiring length is 200 μm, the temperature rise can be lowered by 5 ° C. from 1000 μm. Further, when the length is 200 μm and the thickness of the wiring is changed from 25 μm to 100 μm, the change in temperature rise can be reduced by about 2.5 ° C. From these results, it can be seen that if the length of the strip metal wiring is shortened and the thickness is increased, the temperature rise can be largely suppressed.

レーザ素子と外部電極との最短配線距離を200μmとすると、半導体レーザ素子上端面から全く熱が逃げないとしたときの温度上昇は24℃であり、従来のワイヤボンディングの場合はそこから2.8℃、厚さ25μmの帯状金属配線の場合は9.5℃温度上昇を抑えられる。よって本実施の形態の効果は大きい。   If the shortest wiring distance between the laser element and the external electrode is 200 μm, the temperature rise when heat does not escape from the upper end surface of the semiconductor laser element is 24 ° C., and in the case of conventional wire bonding, 2.8 from there In the case of a strip-shaped metal wiring having a temperature of 25 ° C. and a temperature of 25 μm, a temperature increase of 9.5 ° C. can be suppressed. Therefore, the effect of this embodiment is great.

(実施の形態6)
図12は、実施の形態6で使用した光源装置の概略図である。この実施の形態は、上記実施の形態2のように帯状金属配線5を3本とし、上記実施の形態5のように側面側から伸ばした帯状金属配線5と第2電極とのコンタクトを取るために、ザグリ穴2表面に、第1の電極と、第2の電極と、これらを絶縁する絶縁ライン18とを、図12のように形成した点である。この絶縁ライン18は、実装された半導体レーザ素子1の側面のうち、発光面(図面右側面)を除く三面に沿うように形成される。この実施の形態では、帯状配線の厚さが25μmと100μmの場合について検討している。
(Embodiment 6)
FIG. 12 is a schematic diagram of the light source device used in the sixth embodiment. In this embodiment, there are three strip metal wires 5 as in the second embodiment, and the strip metal wires 5 extended from the side surface as in the fifth embodiment are in contact with the second electrode. In addition, the first electrode, the second electrode, and the insulating line 18 that insulates them are formed on the surface of the counterbore 2 as shown in FIG. The insulating line 18 is formed along three surfaces of the mounted semiconductor laser device 1 except for the light emitting surface (right side surface in the drawing). In this embodiment, the case where the thickness of the strip-like wiring is 25 μm and 100 μm is considered.

側面部の帯状金属配線5の幅は500μm、長さは200μmである。帯状金属配線5の厚さが25μmの場合はこの帯状金属配線5の熱抵抗は51℃/Wになる。この場合、半導体レーザ素子1上端面から伸びる3つの帯状金属配線5は図5のような並列接続になるのでその全熱抵抗は21.3℃/Wになる。この数値を元にすると、上面から外部に放出される熱量は全発熱量の50%にあたる0.06W、温度上昇は12℃になる。帯状金属配線5の厚さが100μmの場合は3つの並列接続の全熱抵抗の大きさは5.3℃/Wになるので、半導体レーザ素子1の上端面から外部に逃げる熱は、全発熱量の52%にあたる0.062Wになり、温度上昇は11.5℃になる。この場合は上端面から逃げる熱の方が下端面から逃げる熱の量より多くなる。   The width of the band-shaped metal wiring 5 on the side surface portion is 500 μm and the length is 200 μm. When the thickness of the strip metal wiring 5 is 25 μm, the thermal resistance of the strip metal wiring 5 is 51 ° C./W. In this case, since the three strip metal wires 5 extending from the upper end surface of the semiconductor laser element 1 are connected in parallel as shown in FIG. 5, the total thermal resistance is 21.3 ° C./W. Based on this numerical value, the amount of heat released from the upper surface to the outside is 0.06 W corresponding to 50% of the total calorific value, and the temperature rise is 12 ° C. When the thickness of the strip-shaped metal wiring 5 is 100 μm, the total thermal resistance of the three parallel connections is 5.3 ° C./W. Therefore, the heat escaping from the upper end surface of the semiconductor laser device 1 is totally generated. It will be 0.062W which is 52% of the quantity, and the temperature rise will be 11.5 ° C. In this case, the heat escaping from the upper end surface is greater than the amount of heat escaping from the lower end surface.

(実施の形態7)
図13〜図15は、本実施の形態にかかる光源装置の概略図である。配線に帯状のものを用いると放熱性は格段によくなることは上記の実施の形態1〜6よりわかるが、帯状配線の幅や厚さが大きくなると半導体レーザ素子の上端面と配線の接着時に加えるエネルギーも増加する。
(Embodiment 7)
13 to 15 are schematic views of the light source device according to the present embodiment. Although it can be understood from the first to sixth embodiments that the heat radiation performance is remarkably improved when a band-shaped wire is used for the wiring, when the width or thickness of the band-shaped wiring is increased, it is added when the upper end surface of the semiconductor laser element and the wiring are bonded. Energy also increases.

本実施の形態では、接着時工程の簡略化を試みた。本実施の形態が上記の実施の形態1〜6と異なっている点は、半導体レーザ素子1上端面と電極をつなぐ配線として、金属ではなく導電性樹脂20を使用している点である。導電性樹脂20の熱伝導係数は約50W/m・℃である。   In this embodiment, an attempt was made to simplify the bonding process. This embodiment is different from the above-described first to sixth embodiments in that a conductive resin 20 is used instead of a metal as a wiring connecting the upper end surface of the semiconductor laser element 1 and the electrode. The thermal conductivity coefficient of the conductive resin 20 is about 50 W / m · ° C.

この光源装置の作製手順は以下のようになる。まず、半導体レーザ素子1をザグリ穴2底面に導電性樹脂ペーストなどによって実装する。その後、半導体レーザ素子1側面と、半導体レーザ素子1の底面からはみ出したペーストを覆うように、絶縁性の樹脂19を塗布する。   The manufacturing procedure of this light source device is as follows. First, the semiconductor laser element 1 is mounted on the bottom surface of the counterbore 2 with a conductive resin paste or the like. Thereafter, an insulating resin 19 is applied so as to cover the side surface of the semiconductor laser element 1 and the paste protruding from the bottom surface of the semiconductor laser element 1.

図14はレーザ素子と絶縁樹脂19の形状を示している。樹脂19の塗布の際に半導体レーザ素子1上端面が樹脂19に覆われるとその後上端面と第2の電極との電気的導通が取れなくなるので、樹脂19を塗布している間は、半導体レーザ素子1の上端面はほかの部材などにより覆って保護する。その後、導電性樹脂20を半導体レーザ素子1の上端部と電極をつなぐように塗布する。放熱経路の断面積や長さは、実施の形態6の100μmの金属板の場合とほぼ同じ程度とする。この結果、図15に示すような半導体レーザ光源装置が得られる。   FIG. 14 shows the shapes of the laser element and the insulating resin 19. If the upper end surface of the semiconductor laser element 1 is covered with the resin 19 when the resin 19 is applied, then the upper end surface and the second electrode cannot be electrically connected. Therefore, while the resin 19 is being applied, the semiconductor laser The upper end surface of the element 1 is covered and protected by another member. Thereafter, the conductive resin 20 is applied so as to connect the upper end portion of the semiconductor laser element 1 and the electrode. The cross-sectional area and length of the heat dissipation path are set to be approximately the same as those of the 100 μm metal plate of the sixth embodiment. As a result, a semiconductor laser light source device as shown in FIG. 15 is obtained.

この実施の形態の放熱を計算すると、全熱量の48%にあたる0.058Wの熱が導電性樹脂20を介して放熱され、レーザ素子1の発熱による温度上昇は12.4℃である。実施の形態1に記載した従来のボンディングワイヤと比べると、温度上昇は格段に低く抑えられている。また、上記実施の形態6の場合と比べても、温度上昇の差は1℃程度である。   When the heat dissipation of this embodiment is calculated, 0.058 W heat, which is 48% of the total heat amount, is dissipated through the conductive resin 20, and the temperature rise due to heat generation of the laser element 1 is 12.4 ° C. Compared with the conventional bonding wire described in the first embodiment, the temperature rise is significantly reduced. In addition, the temperature rise difference is about 1 ° C. as compared with the case of the sixth embodiment.

配線として機能する範囲で、ペーストを薄く、かつ粘度を下げた場合であっても、温度上昇は17.3℃であり、十分温度上昇を抑える効果がある。この場合は、熱抵抗は実施の形態5の、厚さ10μmの帯状金属配線の場合とほぼ等しくなる。   Even when the paste is thin and the viscosity is lowered within the range of functioning as a wiring, the temperature rise is 17.3 ° C., and the temperature rise is sufficiently suppressed. In this case, the thermal resistance is substantially equal to that in the case of the band-like metal wiring having a thickness of 10 μm in the fifth embodiment.

(実施の形態8)
この実施の形態では、青色半導体レーザ(波長400nm帯)を用いた照明装置について説明する。図16は、青色アレイ半導体レーザ素子を用いた照明装置の基板部分である。同図(b)は、基板の概観図であり、同図(a)は実施の形態1で説明した光源単位ユニットの詳細図である。
(Embodiment 8)
In this embodiment, an illumination device using a blue semiconductor laser (wavelength 400 nm band) will be described. FIG. 16 shows a substrate portion of an illumination device using a blue array semiconductor laser element. FIG. 2B is a schematic view of the substrate, and FIG. 2A is a detailed view of the light source unit unit described in the first embodiment.

この照明装置の構成について説明する。高熱伝導性ガラスエポキシ基板9に設けられた2次元面上のザグリ穴2と、その内部に配置された半導体レーザ素子1は、上記実施の形態1と同じように、光散乱粒子3を混入した樹脂4で囲まれている。   The configuration of this lighting device will be described. The counterbored hole 2 on the two-dimensional surface provided in the high thermal conductivity glass epoxy substrate 9 and the semiconductor laser element 1 disposed in the hole 2 are mixed with the light scattering particles 3 as in the first embodiment. Surrounded by resin 4.

次に図17に示すように、この基板を蛍光体21を含む樹脂でモールドし、保護層11、レンズ10を形成する。この蛍光体21は、インジウムナイトライド(InN)化合物半導体粒子からなり、そのサイズは約5nm、6nm、13nmである。これら蛍光体21は、波長400nmの光により励起され、それぞれ青、緑、赤の蛍光を発する。結果、白色の照明装置として用いることができる。なお、この蛍光体は波長に対して十分に小さいため、光が散乱されることはない。   Next, as shown in FIG. 17, this substrate is molded with a resin containing phosphor 21 to form the protective layer 11 and the lens 10. The phosphor 21 is made of indium nitride (InN) compound semiconductor particles, and the sizes thereof are about 5 nm, 6 nm, and 13 nm. These phosphors 21 are excited by light having a wavelength of 400 nm and emit blue, green and red fluorescence, respectively. As a result, it can be used as a white illumination device. In addition, since this fluorescent substance is sufficiently small with respect to a wavelength, light is not scattered.

光散乱は、光散乱粒子3の存在する領域で起こり、この領域でアパーレントな光源径が決定され、これは半導体レーザ素子を用いることにより、効率よく拡大されている。また、放熱性を向上させたことにより、半導体レーザ素子の駆動電流をより大きくすることができ、光出力を増やすことが可能となる。
よって、薄型で、高輝度、高強度であり且つ輝度のムラを押さえた照明装置を実現できる。また、放熱性に優れるため、大型化しても長期信頼性が低下することがない。
Light scattering occurs in a region where the light scattering particles 3 are present, and an apparent light source diameter is determined in this region, and this is efficiently expanded by using a semiconductor laser element. Further, by improving the heat dissipation, the driving current of the semiconductor laser element can be increased, and the light output can be increased.
Therefore, it is possible to realize a lighting device that is thin, has high luminance, high strength, and suppresses uneven luminance. Moreover, since it is excellent in heat dissipation, long-term reliability does not fall even if it enlarges.

このような、薄型で大型化可能な照明装置は、液晶ディスプレイのバックライトとして用いることができる。本照明装置を用いることで、従来の蛍光灯よりさらに薄型のバックライトを得ることが可能となる。また、近年実現されつつある発光ダイオードを用いたバックライトと比較しても、一定の使用時間における光強度の低下量が少なく長期信頼性に優れたバックライト光源である。   Such a thin and large-sized lighting device can be used as a backlight of a liquid crystal display. By using this illumination device, it is possible to obtain a backlight that is thinner than conventional fluorescent lamps. In addition, compared with a backlight using a light emitting diode that has been realized in recent years, the backlight light source has a small amount of decrease in light intensity over a certain period of use and excellent long-term reliability.

以上説明したように、本発明によると、半導体レーザ光源装置の放熱性を高めることにより、高出力の半導体レーザ光源の長期信頼性を向上できる。これを用いることにより、高速且つ長距離通信可能な通信機器や高輝度な照明装置を実現できる。よって、産業上の利用性は大である。   As described above, according to the present invention, the long-term reliability of a high-power semiconductor laser light source can be improved by increasing the heat dissipation of the semiconductor laser light source device. By using this, a communication device capable of high-speed and long-distance communication and a high-luminance lighting device can be realized. Therefore, industrial applicability is great.

実施の形態1にかかる光源装置基板を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a light source device substrate according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる光源装置の斜視図である。1 is a perspective view of a light source device according to a first embodiment. 実施の形態1にかかる光源装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a light source device according to a first embodiment. 実施の形態1にかかる光源装置基板の放熱機構概念図である。3 is a conceptual diagram of a heat dissipation mechanism of a light source device substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2にかかる光源装置基板を示すである。4 shows a light source device substrate according to a second exemplary embodiment; 実施の形態2にかかる光源装置基板の放熱機構概念図である。It is a heat dissipation mechanism conceptual diagram of the light source device substrate according to the second embodiment. 実施の形態3にかかる光源装置の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a light source device according to a third embodiment. 実施の形態4にかかる光源装置の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a light source device according to a fourth embodiment. 実施の形態5にかかる光源装置基板を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a light source device substrate according to a fifth embodiment. 実施の形態5にかかる光源装置の断面図である。It is sectional drawing of the light source device concerning Embodiment 5. FIG. 実施の形態5にかかる光源装置の帯状金属配線の厚さと温度上昇の関係を示すグラフである。14 is a graph showing the relationship between the thickness of a strip-shaped metal wiring of the light source device according to Embodiment 5 and the temperature rise. 実施の形態6にかかる光源装置基板を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a light source device substrate according to a sixth embodiment. 実施の形態7にかかる光源装置基板を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a light source device substrate according to a seventh embodiment. 実施の形態7にかかる光源装置のレーザ素子および絶縁樹脂を示す図である。It is a figure which shows the laser element and insulating resin of the light source device concerning Embodiment 7. FIG. 実施の形態7にかかる光源装置の断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a light source device according to a seventh embodiment. 実施の形態8にかかる照明装置基板を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a lighting device substrate according to an eighth embodiment. 実施の形態8にかかる照明装置を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an illumination apparatus according to an eighth embodiment. 従来の光源装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional light source device.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・レーザ素子
1a・・・レーザ素子活性層(熱源)
1b・・・レーザ素子基板部の熱抵抗
2・・・ザグリ穴
2a・・・第1の電極(金属反射膜)
3・・・光散乱粒子
4・・・シリコーン系低硬度樹脂
5・・・帯状金属配線
R5a〜R5c・・・帯状金属配線の熱抵抗
6・・・第2の電極
7・・・ワイヤ
8・・・IC
9・・・基板
10・・・レンズ
11・・・保護膜
12・・・ザグリ穴表面と外部の間の熱抵抗
13・・・外部電極と外部の間の熱抵抗
14・・・絶縁膜(帯状配線のザグリ穴側に設けられたもの)
15・・・帯状金属配線
16・・・絶縁膜
17・・・金属蒸着膜
18・・・絶縁ライン(絶縁部分)
19・・・絶縁性樹脂
20・・・導電性樹脂
21・・・蛍光体
1 ... Laser element
1a ... Laser element active layer (heat source)
1b: Thermal resistance of the laser element substrate
2 ... Counterbore hole
2a ... 1st electrode (metal reflective film)
3 ... Light scattering particles
4 ... Silicone low hardness resin
5 ... Striped metal wiring
R5a ~ R5c ・ ・ ・ Thermal resistance of strip metal wiring
6 ... second electrode
7 ... Wire
8 ... IC
9 ... Board
10 ... Lens
11 ... Protective film
12 ... Thermal resistance between counterbore surface and outside
13 ... Thermal resistance between external electrode and external
14 ... Insulating film (provided on the counterbore side of the strip-shaped wiring)
15 ... Strip metal wiring
16 ... Insulating film
17 ... Metal deposited film
18 ... Insulation line (insulating part)
19 ... Insulating resin
20 ... Conductive resin
21 ... phosphor

Claims (14)

基板と、
前記基板表面に形成された凹状のザグリ穴と、
前記ザグリ穴の表面の少なくとも一部に設けられた金属反射膜を兼ねる第1の電極と、を備え、
前記ザグリ穴内に、前記半導体レーザ素子と、当該半導体レーザ素子の周囲に配置された光散乱媒体とが、前記半導体レーザ素子と前記第1の電極とが電気的に接続された状態で収容された半導体レーザ光源装置において、
前記基板上に第2の電極が設けられ、
前記半導体レーザ素子と、前記第2の電極とが、帯状の配線によって接続されている、
ことを特徴とする半導体レーザ光源装置。
A substrate,
A concave counterbore hole formed on the substrate surface;
A first electrode also serving as a metal reflective film provided on at least a part of the surface of the counterbore,
The semiconductor laser element and the light scattering medium disposed around the semiconductor laser element are accommodated in the counterbore hole in a state where the semiconductor laser element and the first electrode are electrically connected. In a semiconductor laser light source device,
A second electrode is provided on the substrate;
The semiconductor laser element and the second electrode are connected by a strip-shaped wiring,
A semiconductor laser light source device.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
帯状配線の断面積が2000μm以上であることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
A semiconductor laser light source device characterized in that the cross-sectional area of the strip-shaped wiring is 2000 μm 2 or more.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記第1の電極と、前記半導体レーザ素子とが直接接触することを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
A semiconductor laser light source device, wherein the first electrode and the semiconductor laser element are in direct contact with each other.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記帯状配線の前記ザグリ穴側の面に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
A semiconductor laser light source device, wherein an insulating film is formed on a surface of the band-like wiring on the counterbore side.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記第1の電極は、前記ザグリ穴表面全てに形成され、
前記第1の電極の表面の一部が絶縁膜により被覆され、当該絶縁膜上に前記帯状配線が形成されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
The first electrode is formed on the entire counterbore surface,
A part of the surface of the first electrode is covered with an insulating film, and the strip-shaped wiring is formed on the insulating film.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記ザグリ穴表面であって、前記第1の電極が形成されていない部分に、前記帯状配線が形成されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
A semiconductor laser light source device, wherein the band-like wiring is formed on a portion of the counterbore hole where the first electrode is not formed.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記帯状配線は、複数本であり、
前記帯状配線の数に対応した数の前記第2の電極が前記基板上に形成され、
前記複数の第2の電極は、基板内部において電気的に接続されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
The strip-shaped wiring is a plurality of lines,
A number of the second electrodes corresponding to the number of the strip-shaped wirings are formed on the substrate,
The semiconductor laser light source device, wherein the plurality of second electrodes are electrically connected inside the substrate.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記ザグリ穴の表面には、前記金属反射膜を兼ねる第1の電極と、前記第2の電極と、前記第1の電極と前記第2の電極とを電気的に絶縁する絶縁部分と、が形成されており、
前記半導体レーザ素子が第1の電極が形成された領域上に実装されていることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
On the surface of the counterbore hole, there are a first electrode that also serves as the metal reflection film, a second electrode, and an insulating portion that electrically insulates the first electrode and the second electrode. Formed,
A semiconductor laser light source device, wherein the semiconductor laser element is mounted on a region where a first electrode is formed.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
帯状配線材料が、アルミ、金、銅、銀のいずれか一種あるいはこれらの合金であることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
A semiconductor laser light source device characterized in that the belt-like wiring material is any one of aluminum, gold, copper, silver, or an alloy thereof.
上記請求項1に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記帯状配線材料が、導電性樹脂であることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 1,
A semiconductor laser light source device, wherein the strip-shaped wiring material is a conductive resin.
上記請求項8に記載の半導体レーザ光源装置において、
前記導電性樹脂の厚みが、10μm以上であることを特徴とする半導体レーザ光源装置。
In the semiconductor laser light source device according to claim 8,
A semiconductor laser light source device, wherein the conductive resin has a thickness of 10 μm or more.
基板と、
前記基板表面に形成された凹状のザグリ穴と、
前記ザグリ穴の表面の少なくとも一部に設けられた金属反射膜を兼ねる第1の電極と、を備え、
前記ザグリ穴内に、前記半導体レーザ素子と、当該半導体レーザ素子の周囲に配置された光散乱媒体とが、前記半導体レーザ素子と前記第1の電極とが電気的に接続された状態で収容された半導体レーザ光源装置において、
前記基板上に第2の電極が設けられ、
前記半導体レーザ素子と、前記第2の電極とが、配線によって接続されており、
前記半導体レーザ素子で発生した熱を外部に放出する放熱用帯が、前記半導体レーザ素子と前記基板とを接続している、
ことを特徴とする半導体レーザ光源装置。
A substrate,
A concave counterbore hole formed on the substrate surface;
A first electrode also serving as a metal reflective film provided on at least a part of the surface of the counterbore,
The semiconductor laser element and the light scattering medium disposed around the semiconductor laser element are accommodated in the counterbore hole in a state where the semiconductor laser element and the first electrode are electrically connected. In a semiconductor laser light source device,
A second electrode is provided on the substrate;
The semiconductor laser element and the second electrode are connected by wiring,
A heat dissipation band that releases heat generated in the semiconductor laser element to the outside connects the semiconductor laser element and the substrate.
A semiconductor laser light source device.
請求項1ないし12のいずれかに記載の半導体レーザ光源装置を用いた通信機器。   Communication equipment using the semiconductor laser light source device according to any one of claims 1 to 12. 請求項1ないし12のいずれかに記載の半導体レーザ光源装置を用いた照明機器。   An illumination device using the semiconductor laser light source device according to claim 1.
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