JP2008186855A - 半導体レーザ素子、半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材と、該放熱部材上に形成されたワイヤとを備えた半導体レーザ装置であって、前記放熱部材上に前記ワイヤのボンディング部が形成されており、該ワイヤのボンディング部から放熱部材にわたる外表面に導電性保護膜が被覆されてなる。
【選択図】 図1
Description
例えば、半導体レーザ素子とヒートシンクとの間の良好な放熱経路を確保するために、半導体レーザ素子の電極面にめっき法を用いて積層構造の金属膜を形成し、この金属膜をヒートシンク上に搭載した半導体レーザ装置が提案されている(特許文献1参照)。
特許文献2のように、CuまたはAlよりなる細線の表面にAuめっきが施されたものであれば、ボンディング強度の向上が期待できる。しかしながら、このような構成であったとしてもボンディング品質であるワイヤの密着性や放熱性が十分とは言えない。そのため、より密着性や放熱性を向上させた信頼性の高い半導体レーザ素子とする必要がある。
特許文献3のように、半導体装置のボンディングワイヤに補強材料が形成されたものであれば、ワイヤの短絡を防止することが期待できる。しかしながら、この半導体装置は半導体チップ、ワイヤを含む領域が樹脂によりコーティングされている。このような樹脂でコーティングされている構成を半導体レーザ素子に採用することは困難である。そのため、より簡略化した信頼性の高い半導体装置とする必要がある。
本発明の半導体レーザ装置によれば、ワイヤのボンディング部から放熱部材にわたって導電性保護膜を設けることによって、半導体レーザ装置の放熱性を向上させることができる。また、ワイヤと放熱部材との密着性を向上させることができる。
また、本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、より簡便な方法によって、放熱性を向上させた半導体レーザ装置を製造することが可能となる。
図3に示したように、本発明の実施形態における半導体レーザ装置は、電極が形成された半導体レーザ素子10、半導体レーザ素子10を載置する放熱部材12、またリード端子23、その他には電極及びリード端子23と電気的に接続されているワイヤを備えている。この半導体レーザ装置は、ワイヤのボンディング部から電極及びリード端子にわたって導電性保護膜25が形成されている。また放熱部材12は、基台13上に載置されている。前記放熱部材12上には別のリード端子23と電気的に接続されているワイヤ19がボンディングされている。
ここで、前記基板101は半導体層の成長面である第1主面101aと、該第1主面とは対向する面であって、n側電極107が形成されている第2主面101bとがある。基板101の第2主面101b側に放熱部材12が形成される。
本実施形態における半導体レーザ装置の拡大図を図7に示す。基台13上に放熱部材12、半導体レーザ素子10が順に形成されている。この半導体レーザ素子10の表面には略矩形状の電極が形成されており、その電極にはワイヤが形成されている。この電極上には導電性保護膜251が形成されており、ワイヤ上には導電性保護膜252が形成されている。ここでは、図1に示すような基板上に半導体層を積層した半導体レーザ素子の半導体層上にワイヤが形成されており、基板側を放熱部材12に実装したフェイスアップ構造の半導体レーザ素子を採用しているが、本発明の半導体レーザ素子はこれに限定されるものではなく、フェイスダウン構造やフリップチップ構造であってもよい。また、本発明の半導体レーザ素子はリッジを複数形成したアレイ構造であってもよく、リッジを有さない構造であってもよい。
サーモコンプレッション(熱圧着)方式とは、ワイヤに、そのワイヤ材質の融点以上の温度をかけてワイヤの先端部にボールを形成し、このボールを電極や放熱部材に圧着させることでボンディング部を形成するものである。これは、ワイヤの材質にもよるが、例えば300℃以上の温度をワイヤに加えるものである。
サーモソニック(熱圧着超音波併用)方式とは、ワイヤに温度をかけてワイヤの先端部にボールを形成し、このボールに熱と併用して超音波を加えることにより、このボールを電極や放熱部材に圧着させることでボンディング部を形成するものである。これは、サーモコンプレッション(熱圧着)方式よりも低温の温度をワイヤに加えて、更には超音波も加えるものである
ウルトラソニック(超音波圧着)方式とは、ワイヤに超音波のみを加えることでワイヤを電極や放熱部材に圧着させるものである。これは、ワイヤの材質にもよるが、50KHz以上の超音波を加えるものである。また、本発明には他に公知となっているワイヤのボンディング方法を用いても良い。
放熱部材は、必ずしも直方体や立方体である必要はなく、任意の形に適宜加工して用いることができる。例えば、レーザ素子側の幅を狭く、基台側の幅が広くなるように階段状に段差を設け、段階的に放熱するような形状とすることもできる。また、放熱部材を複数用いることも可能である。この場合、積層方向や水平方向に接合して用いることができる。
特に、基台及び放熱部材の接合材として、250℃以上の高融点材料、Au系低融点半田材(例えばAu/Sn、Ni/Au、Ni/Pd/Au等)、接合樹脂を用いて接合する(ダイボンドする)場合には、基台と放熱部材との間に、硬くてもろい金属間化合物が生成されず、安定した接合を得ることができる。
実施例1
まず、半導体レーザ素子10をフェイスアップ構造とし、接合部材を介して放熱部材12上に載置された半導体レーザ装置20を準備する。また、前記放熱部材12は基台13上に載置されている。この半導体レーザ装置は、p側電極を、ワイヤを介してリード端子に接続し、n側電極を、放熱部材とワイヤとを介して別のリード端子に接続する。
基板の第1主面上に積層した半導体層上にp側電極を形成し、基板の第2主面にn側電極を形成した半導体レーザ素子10をフェイスダウン構造とし、接合部材を介して放熱部材12上に載置された半導体レーザ装置20を準備する。また、前記放熱部材12は基台13上に載置されている。この半導体レーザ装置は、p側電極を、放熱部材とワイヤとを介して基台に接続し、n側電極を、ワイヤを介してリード端子に接続する。
前記n側電極にはワイヤがボンディングされており、このワイヤをリード端子と接続する。また、前記放熱部材にもワイヤがボンディングされている。
この実施例の半導体レーザ装置では、ワイヤから放熱部材にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆されているため、放熱性が高く、かつワイヤと放熱部材との密着性が高い半導体レーザ装置が得られる。
まず、半導体レーザ素子10をフェイスアップ構造とし、接合部材を介して放熱部材12上に載置された半導体レーザ装置20を準備する。また、前記放熱部材12は基台13上に載置されている。この半導体レーザ装置は、p側電極を、ワイヤを介してリード端子に接続し、n側電極を、ワイヤと放熱部材とを介して基台に接続する。
前記半導体レーザ素子10は基板の第1主面上に半導体層が積層されており、その上にp側電極が形成されている。また前記基板の第2主面にはn側電極が形成されている。基板の第2主面側は、接続部材を介して放熱部材上に載置されている。前記p側電極にはワイヤがボンディングされており、このワイヤをリード端子と接続する。また、前記放熱部材にもワイヤがボンディングされている。
この実施例の半導体レーザ装置では、ワイヤからp側電極にわたる外表面に導電性放熱膜が被覆されているため、放熱性が高く、かつワイヤと放熱部材との密着性が高い半導体レーザ装置が得られる。
半導体レーザ素子10をフェイスアップ構造とし、接合部材を介して放熱部材12上に載置された半導体レーザ装置20を準備する。また、前記放熱部材12は基台13上に載置されている。この半導体レーザ装置は、p側電極を、ワイヤを介してリード端子に接続し、n側電極を、放熱部材とワイヤとを介して別のリード端子に接続する。
前記半導体レーザ素子10は基板の第1主面上に半導体層が積層されており、その上にp側電極が形成されている。また前記基板の第2主面にはn側電極が形成されている。基板の第2主面側は、接続部材を介して放熱部材上に載置されている。前記p側電極にはワイヤがボンディングされており、このワイヤ18をリード端子と接続する。また、前記放熱部材にもワイヤ19がボンディングされている。
この実施例の半導体レーザ装置では、放熱性が非常に高く、かつワイヤとの密着性が高い半導体レーザ装置が得られる。
12 放熱部材
13 基台
15 電極
18、19 ワイヤ
20 半導体レーザ装置
21 キャップ部材
22 窓ガラス
23 リード端子
25 導電性保護膜
Claims (14)
- 基板と、該基板上に積層され、表面にリッジを有する半導体層と、該半導体層と電気的に接続する電極と、該電極上に形成されたワイヤとを備えた半導体レーザ素子において、
リッジの底面領域上に前記ワイヤのボンディング部が形成されており、該ワイヤのボンディング部から電極にわたる外表面に導電性保護膜が被覆されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 前記導電性保護膜は、電極の表面から側面にわたり被覆されてなる請求項1に記載の半導体レーザ素子。
- 前記導電性保護膜は、リッジ上の電極にわたり被覆されてなる請求項1又は2に記載の半導体レーザ素子。
- 前記導電性保護膜は、第1膜と第2膜とが順に形成されてなる多層膜である請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
- 前記第1膜と前記電極表面層との線熱膨張係数の差は、前記第2膜と前記電極表面層との線熱膨張係数の差よりも小さい請求項4に記載の半導体レーザ素子。
- 前記第2膜は、前記第1膜よりも熱伝導率が高い請求項4又は5に記載の半導体レーザ素子。
- 前記第2膜の熱伝導率は、50W/m・K以上500W/m・K以下である請求項4に記載の半導体レーザ素子。
- 前記導電性保護膜は、電解めっきが可能な導電性を有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体レーザ素子。
- 前記導電性保護膜が、Ag,Au,Al,Cu,Ni,Cr,Zn,Pt,Pd,Rh及びCoからなる群から選択される1種以上の元素を含む請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体レーザ素子。
- 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材と、該放熱部材上に形成されたワイヤとを備えた半導体レーザ装置において、
前記放熱部材上に前記ワイヤのボンディング部が形成されており、該ワイヤのボンディング部から放熱部材にわたる外表面に導電性保護膜が被覆されてなることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 前記導電性保護膜は、前記ワイヤのボンディング部から前記放熱部材の表面及び側面にわたる外表面に連続して被覆されてなる請求項10に記載の半導体レーザ装置。
- 前記放熱部材は、外表面の角部において部分的に前記導電性保護膜から露出している請求項10又は11に記載の半導体レーザ装置。
- 半導体レーザ素子と、該半導体レーザ素子を載置する放熱部材と、該放熱部材上に形成されたワイヤと、を備えた半導体レーザ装置の製造方法において、
めっき法を利用して、前記ワイヤから放熱部材にわたる外表面に導電性保護膜を被覆することを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 - 前記めっき法は、前記半導体レーザ装置を負極とした電解めっきである請求項13に記載の半導体レーザ装置の製造方法。
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