JP2022060630A - 半導体レーザ素子、半導体レーザユニット、半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ素子、半導体レーザユニット、半導体レーザ装置 Download PDF

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良宜 田中
Yoshinori Tanaka
佑輔 中小原
Yusuke Nakakohara
久義 北嶋
Hisayoshi Kitajima
英信 槇
Eishin Maki
聡 中川
Satoshi Nakagawa
俊雄 牛
Toshio Gyu
圭二 日▲高▼
Keiji Hidaka
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Abstract

【課題】実装が容易な半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】半導体レーザ素子A1は、基板主面101と、基板主面101と直交する第1方向において基板主面101と反対側を向く基板裏面102とを有する半導体基板10と、基板主面101から第1方向に突出するように形成され、基板主面101と同じ方向を向く電極接続面211を有する発光部21と、電極接続面211に接続された第1電極51と、基板主面101に接続された第2電極52と、を備える。【選択図】図2

Description

本開示は、半導体レーザ素子、半導体レーザユニット、半導体レーザ装置に関する。
特許文献1には、半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置は、基板上に形成されたn型クラッド層、活性層およびp型クラッド層を有するダブルヘテロ構造を含む。p型クラッド層の上には、p型のクラッド層からなるリッジストライプが形成されている。p型クラッド層の頂部にはコンタクト層が形成されている。このコンタクト層は、p型クラッド層の頂部の全域を被覆している。コンタクト層の上にはp側電極が形成され、基板の裏面には、n側電極が形成されている。
特開2007-103783号公報
上記の半導体レーザ装置は、装置の上面と裏面とのそれぞれに電極を有している。つまり上記の半導体レーザ装置は、互いに反対方向を向く2つの電極を有している。このため、例えば基板やステムに一方の電極を接続した後、他方の電極にワイヤ等を接続する必要がある。このため、ワイヤボンディングのための装置等が必要となり、半導体レーザ装置の実装に改善の余地がある。
本開示の目的は、実装が容易な半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子を備えた半導体レーザユニット、半導体レーザ装置を提供することにある。
本開示の一態様である半導体レーザ素子は、基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する発光部と、前記接続面に接続された第1電極と、前記基板主面に接続された第2電極と、を有する。
この構成によれば、半導体基板の基板主面に接続された発光部は、基板主面と同じ方向を向く接続面を有し、その接続面に第1電極が接続されている。発光部と接続される第2電極は、基板主面に接続されている。したがって、この半導体レーザ素子は、半導体基板に対して第1電極と第2電極とが基板主面の側に設けられている。このため、第1電極と第2電極とを接続対象に向けて接続することで、実装が容易となる。
また、本開示の別の一態様である半導体レーザユニットは、第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間の発光部とを有する半導体レーザ素子と、基板主面と、前記基板主面に形成された第1接続パターン及び第2接続パターンと、を有する接続基板と、前記第1電極と前記第1接続パターンとを接続する第1接続部材と、前記第2電極と前記第2接続パターンとを接続する第2接続部材と、を有し、前記半導体レーザ素子は、基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する前記発光部と、前記接続面に接続された前記第1電極と、前記基板主面に接続された前記第2電極と、を有する。
この構成によれば、半導体レーザ素子は、半導体基板に対して第1電極と第2電極とが基板主面の側に設けられている。このため、第1電極と第2電極とを接続基板に向けて接続することで、実装が容易となる。
また、本開示の別の一態様である半導体レーザ装置は、第1絶縁層及び第2絶縁層と、前記第1絶縁層の表面の第1配線層と、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層との間の第2配線層と、前記第1絶縁層を貫通して前記第1配線層と前記第2配線層とを接続する貫通配線と、を有する配線基板と、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が実装された接続基板とを有し、前記接続基板が前記第1配線層に接続された半導体レーザユニットと、前記半導体レーザユニットと電気的に接続され、前記半導体レーザ素子を動作させるスイッチング素子と、前記半導体レーザ素子及び前記スイッチング素子と電気的に接続されたキャパシタと、を備え、前記半導体レーザ素子は、基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する発光部と、前記接続面に接続された第1電極と、前記基板主面に接続された第2電極と、を有し、前記スイッチング素子と前記キャパシタと前記半導体レーザユニットは直線上に配置され、前記配線基板の前記第1配線層と前記第2配線層と前記貫通配線は、前記スイッチング素子と前記キャパシタと前記半導体レーザユニットを含む導電ループを構成する。
また、本開示の別の一態様である半導体レーザ装置は、第1絶縁層及び第2絶縁層と、前記第1絶縁層の表面の第1配線層と、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層との間の第2配線層と、前記第1絶縁層を貫通して前記第1配線層と前記第2配線層とを接続する貫通配線と、を有する配線基板と、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が実装された接続基板とを有し、前記接続基板が前記第1配線層に接続された半導体レーザユニットと、前記半導体レーザユニットと電気的に接続され、前記半導体レーザ素子を動作させる第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、前記半導体レーザ素子及び前記第1スイッチング素子と電気的に接続された第1キャパシタと、前記半導体レーザ素子及び前記第2スイッチング素子と電気的に接続された第2キャパシタと、を備え、前記半導体レーザ素子は、基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する発光部と、前記接続面に接続された第1電極と、前記基板主面に接続された第2電極と、を有し、前記第1スイッチング素子と前記第1キャパシタと前記半導体レーザユニットは直線上に配置され、前記第2スイッチング素子と前記第2キャパシタは、前記半導体レーザユニットに対して前記第1スイッチング素子及び前記第1キャパシタとは反対側に配置されるとともに、前記第2スイッチング素子と前記第2キャパシタと前記半導体レーザユニットは直線上に配置され、前記配線基板の前記第1配線層と前記第2配線層と前記貫通配線は、前記第1スイッチング素子と前記第1キャパシタと前記半導体レーザユニットとを含む第1導電ループと、前記第2スイッチング素子と前記第2キャパシタと前記半導体レーザユニットとを含む第2導電ループを構成する。
本開示によれば、実装が容易な半導体レーザ素子、半導体レーザ素子を備えた半導体レーザユニット、半導体レーザ装置を提供することができる。
一実施形態の半導体レーザ素子の斜視図。 半導体レーザ素子の正面図。 半導体レーザ素子を形成する半導体基板及びユニット層の説明図。 接続基板と半導体レーザ素子とを含む半導体レーザユニットの斜視図。 半導体レーザユニットの正面図。 接続基板の平面図。 接続基板の底面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子の正面図。 変更例の半導体レーザ素子と接続基板の接続を示す正面図。 接続基板と変更例の半導体レーザ素子とを含む半導体レーザユニットの正面図。 変更例の半導体レーザユニットの正面図。 変更例の接続基板の平面図。 変更例の接続基板の底面図。 変更例の接続基板の平面図。 変更例の接続基板の底面図。 変更例の半導体レーザユニットの正面図。 変更例の接続基板の平面図。 変更例の接続基板の底面図。 変更例の半導体レーザユニットの正面図。 変更例の接続基板の平面図。 変更例の接続基板の底面図。 変更例の半導体レーザユニットの正面図。 変更例の接続基板の平面図。 変更例の接続基板の底面図。 変更例の半導体レーザユニットの正面図。 変更例の接続基板の平面図。 変更例の接続基板の底面図。 半導体レーザ装置の平面図。 半導体レーザ装置の断面図。 半導体レーザ装置の回路図。 半導体レーザ装置の平面図。 半導体レーザ装置の断面図。 半導体レーザ装置の回路図。 変更例の半導体レーザ装置を示す断面図。
以下、実施形態及び変更例について図面を参照して説明する。以下に示す実施形態及び変更例は、技術的思想を具体化するための構成や方法を例示するものであって、各構成部品の材質、形状、構造、配置、寸法等を下記のものに限定するものではない。以下の実施形態及び変更例は、種々の変更を加えることができる。また、以下の実施形態及び変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
本明細書において、「部材Aが部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bとが物理的に直接的に接続される場合、並びに、部材A及び部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合を含む。
同様に、「部材Cが部材Aと部材Bとの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cとが直接的に接続される場合、並びに、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cとが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合を含む。
[半導体レーザ素子]
図1~図3にしたがって、一実施形態の半導体レーザ素子A1を説明する。
図1、図2に示すように、半導体レーザ素子A1は、半導体基板10、発光部21、支持部22、絶縁膜41、第1電極51、第2電極52を備えている。
半導体基板10は、基板主面101、基板裏面102、基板側面103,104,105,106を有している。基板主面101と基板裏面102とは、互いに反対側を向く。基板主面101と垂直な方向をZ方向(厚さ方向:第1方向)とし、Z方向と直交する1つの方向をX方向(第3方向)、Z方向及びX方向と直交する方向をY方向(第2方向)とする。基板側面103,104は、X方向において互いに反対側を向く。基板側面105,106はY方向において互いに反対側を向く。半導体基板10は、Z方向から視て長方形状に形成されている。本実施形態の半導体基板10は、長方形板状である。
半導体基板10は、GaAs(ガリウム-ヒ素)を含むn型の半導体基板(n-GaAs基板)からなる。本実施形態の半導体基板10は、n型不純物として例えばSi(シリコン)、Te(テルル)、Se(セレン)の少なくとも1種を含む。
発光部21は、半導体基板10の基板主面101に設けられている。発光部21は、基板主面101から、基板裏面102とは反対側に向けて突出している。
発光部21は、電極接続面211、基板接続面212、発光部側面213,214、発光部端面215,216を備えている。電極接続面211は、Z方向において、基板主面101と同じ方向を向く。基板接続面212は、半導体基板10の側を向き、基板主面101に接続されている。発光部側面213,214は、X方向において互いに反対側を向く。発光部端面215,216は、Y方向において、互いに反対側を向く。発光部側面213,214は、電極接続面211と基板主面101とを接続する。発光部端面215,216は、共振器端面を構成する。Y方向は、発光部21の共振器方向といえる。
本実施形態において、発光部21は、メサ構造を有し、基板主面101から突出した台形状(リッジ状)に形成されている。発光部21は、Y方向から視て、基板主面101と接続される基板接続面212の幅Wbに対して、Z方向の側の電極接続面211の幅Waが狭い台形状に形成されている。図1に示すように、発光部21は、Y方向に延びている。発光部21の電極接続面211の幅Waは、例えば10μm以上400μm以下である。
発光部21は、少なくとも1つの発光ユニット30を有している。本実施形態の発光部21は、3つの発光ユニット30を備えている。3つの発光ユニット30は、基板主面101からZ方向に積層されている。なお、発光ユニット30の数は、1つ、2つ、又は4つ以上であってもよい。
発光ユニット30は、活性層32と、Z方向において活性層32を挟む第1クラッド層31及び第2クラッド層33を有する。第1クラッド層31は、活性層32に対して半導体基板10の側に配置されている。第2クラッド層33は、活性層32に対して半導体基板10とは反対側に配置されている。
活性層32は、電子と正孔とが再結合することにより光を発する層である。活性層32は、例えば、積層されたウェル層、バリア層およびガイド層を含む。
第1クラッド層31は、例えばn型クラッド層である。第1クラッド層31は、AlGaAs(アルミニウム-ガリウム-砒素)を含む。第1クラッド層31は、n型不純物としてのSi(シリコン)、Te(テルル)およびSe(セレン)の少なくとも1種を含む。第2クラッド層33は、例えばp型クラッド層である。第2クラッド層33は、AlGaAsを含む。第2クラッド層33は、p型不純物としてのC(炭素)を含む。
支持部22は、基板主面101から、基板裏面102とは反対側に向けて突出している。本実施形態において、支持部22は、Y方向から視て、台形状に形成されている。
支持部22は、X方向において発光部21と隣り合うように配置されている。図1に示すように、支持部22は、Y方向に延びている。Y方向において、支持部22の長さは、発光部21の長さと等しい。なお、本明細書において、長さが等しいとは、製造上の誤差を含む。
支持部22は、支持部主面221、支持部側面223,224、支持部端面225,226を有している。支持部主面221は、半導体基板10の基板主面101と同じ方向を向く、支持部端面225,226は、Y方向において、互いに反対側を向く。支持部側面224は、発光部21の側を向き、支持部側面223は、発光部21と反対方向を向く。
支持部22は、複数の活性層32と、Z方向において各活性層32を挟む含む第1クラッド層31と第2クラッド層33とを含む。本実施形態において、支持部22は、3つの活性層32を含む。第1クラッド層31は、活性層32に対して半導体基板10の側に配置されている。第2クラッド層33は、活性層32に対して半導体基板10とは反対側に配置されている。
支持部22を構成する活性層32、第1クラッド層31、及び第2クラッド層33はそれぞれ、発光部21を構成する活性層32、第1クラッド層31、及び第2クラッド層33と同じ構成である。つまり、支持部22は、発光部21と同じ構成を有している。
本実施形態の半導体レーザ素子A1は、側壁部23を有している。
側壁部23は、基板主面101から、基板裏面102とは反対側に向けて突出している。本実施形態において、側壁部23は、Y方向から視て、台形状に形成されている。
側壁部23は、X方向において発光部21に対して支持部22とは反対側に配置されている。図1に示すように、側壁部23は、Y方向に延びている。Y方向において、側壁部23の長さは、発光部21の長さと等しい。なお、本明細書において、長さが等しいとは、製造上の誤差を含む。
側壁部23は、側壁部主面231、側壁部側面233,234、側壁部端面235,236を有している。側壁部主面231は、半導体基板10の基板主面101と同じ方向を向く、側壁部端面235,236は、Y方向において、互いに反対側を向く。側壁部側面233は、発光部21の側を向き、側壁部側面234は、発光部21と反対方向を向く。
側壁部23は、複数の活性層32と、Z方向において各活性層32を挟む含む第1クラッド層31と第2クラッド層33とを含む。本実施形態において、側壁部23は、3つの活性層32を含む。第1クラッド層31は、活性層32に対して半導体基板10の側に配置されている。第2クラッド層33は、活性層32に対して半導体基板10とは反対側に配置されている。
側壁部23を構成する活性層32、第1クラッド層31、及び第2クラッド層33はそれぞれ、発光部21、支持部22を構成する活性層32、第1クラッド層31、及び第2クラッド層33と同じ構成である。つまり、側壁部23は、発光部21、支持部22と同じ構成を有している。なお、側壁部23は、省略されてもよい。
本実施形態の半導体レーザ素子A1の半導体基板10は、X方向において、発光部21の両側に、第1溝部11及び第2溝部12を有している。言い換えると、半導体レーザ素子A1は、X方向において、発光部21の両側に、発光部21の電極接続面211から、半導体基板10に達する溝部を有している。
第1溝部11は、発光部21と支持部22との間に形成されている。詳しくは、第1溝部11は、発光部21の発光部側面213と、支持部22の支持部側面224との間に形成されている。第1溝部11は、Y方向に延びている。第1溝部11は、基板裏面102の側に位置する底面112と、底面112のX方向両側の側面123,124とを有している。Z方向において、発光部21の電極接続面211から第1溝部11の底面112までの距離Da、つまり第1溝部11の底面112に対する発光部21の高さは、5μm以上20μm以下である。X方向における第1溝部11の幅Wcは、例えば1μm以上20μm以下である。
第2溝部12は、発光部21と側壁部23との間に形成されている。詳しくは、第2溝部12は、発光部21の発光部側面214と、側壁部23の側壁部側面233との間に形成されている。第2溝部12は、Y方向に延びている。第2溝部12は、基板裏面102の側に位置する底面122と、底面122のX方向両側の側面123,124とを有している。第2溝部12の深さは、第1溝部11の深さと等しい。X方向における第2溝部12の幅Wdは、例えば1μm以上20μm以下である。
半導体基板10は、発光部21が接続された第1接続面131と、支持部22が接続された第2接続面132と、側壁部23が接続された第3接続面133とを有している。これらの接続面131,132,133は、第1溝部11と第2溝部12を形成する底面112,122、側面113,114,123,124とともに、半導体基板10の基板主面101を構成する。つまり、基板主面101は、発光部21と支持部22との間、発光部21と側壁部23との間において、基板裏面102の側に窪んでいる。なお、基板主面101は、全体に亘って面一に形成されていてもよい。
活性層32、第1クラッド層31、及び第2クラッド層33はそれぞれ、発光部21の活性層32、第1クラッド層31、及び第2クラッド層33と同じ構成である。つまり、側壁部23は、発光部21と同じ構成を有している。
このような構成の発光部21、支持部22、及び側壁部23は、半導体基板10の基板主面101に積層した半導体層の一部を除去して形成できる。
図3に示すように、半導体基板10の基板主面101に、3層のユニット層30が積層されている。ユニット層30は、発光部21の発光ユニット30を形成するためのものである。ユニット層30は、半導体層として第1クラッド層31と活性層32と第2クラッド層33とを含む。各ユニット層30において、第1クラッド層31と活性層32と第2クラッド層33は、半導体基板10の側からこの順番で積層されている。
このように積層されたユニット層30において、最上層のユニット層30(第2クラッド層33)の上面301に開口を有するマスクを形成し、そのマスクの開口からユニット層30をエッチングして半導体基板10の基板主面101を露出することにより、発光部21と支持部22と側壁部23とを形成する。このとき、ユニット層30に対してオーバーエッチングすることにより、半導体基板10に溝部11,12を形成することができる。その後、最上層のユニット層30(第2クラッド層33)の上のマスクを除去する。
半導体レーザ素子A1は、半導体基板10の基板主面101の一部、発光部21、支持部22の一部、及び側壁部23の一部を覆う絶縁膜41を有している。絶縁膜41は、例えばSiN(窒化シリコン)、SiO(酸化シリコン)、からなる。絶縁膜41の膜厚は、1000Å以上4000Å以下である。
本実施形態において、絶縁膜41は、発光部21と支持部22との間の基板主面101、発光部21と側壁部23との間の基板主面101を覆っている。絶縁膜41は、発光部21の電極接続面211及び1対の発光部側面213,214を覆っている。また、絶縁膜41は、支持部22の支持部主面221と、発光部21の側を向く支持部側面224とを覆っている。また、絶縁膜41は、側壁部23の側壁部主面231と、発光部21の側を向く側壁部側面233を覆っている。
本実施形態において、支持部22において、発光部21とは反対側を向く支持部側面223は、絶縁膜41により覆われていない。また、側壁部23において、発光部21とは反対側を向く側壁部側面234は、絶縁膜41により覆われていない。
発光部21の電極接続面211を覆う絶縁膜41は、電極接続面211の一部を露出する第1開口411を有している。
発光部21と支持部22との間の基板主面101を覆う絶縁膜41は、基板主面101の一部を露出する第2開口412を有している。半導体基板10は、第1溝部11を有している。基板主面101は、第1溝部11の底面112及び側面113,114を有する。絶縁膜41は、第1溝部11の底面112及び側面113,114を覆っている。第2開口412は、底面112の一部を露出するように形成されている。
本実施形態の半導体レーザ素子A1は、発光部21と側壁部23との間において、基板主面101を覆っている。半導体基板10は、第2溝部12を有している。基板主面101は、第2溝部12の底面122及び側面123,124を有する。絶縁膜41は、第2溝部12の底面122及び側面123,124を覆っている。
半導体レーザ素子A1は、第1電極51を有している。第1電極51は、絶縁膜41の第1開口411から露出する電極接続面211に電気的に接続されている。つまり、第1電極51は、発光部21と電気的に接続されている。第1電極51は、絶縁膜41の第1開口411を形成する端部を覆うように形成されている。
第1電極51は、第1電極層と第2電極層とを含む。第1電極層と第2電極層は、電極接続面211の側からこの順番で積層されている。第1電極層は、例えばTi(チタン)/Au(金)からなる。第1電極層の厚さは、1000Å以上2000Å以下である。第2電極層は、例えばAuを含むめっき層である。第2電極層の厚さは、例えば2μm以上6μm以下である。
半導体レーザ素子A1は、第2電極52を有している。第2電極52は、絶縁膜41の第2開口412から露出する半導体基板10に電気的に接続されている。半導体基板10の第1電極接続面211には発光部21が接続されている。つまり、第2電極52は、半導体基板10を介して発光部21と電気的に接続されている。そして、発光部21は、第1電極51と第2電極52との間に接続されている。
第2電極52は、基板接続部521と、側面電極部522と、主面電極部523とを有している。基板接続部521は、発光部21と支持部22との間にあって、半導体基板10に接続されている。基板接続部521は、発光部21に沿ってY方向に延びている。基板接続部521は、絶縁膜41の第2開口412から露出する半導体基板10に接続されている。基板接続部521は、絶縁膜41の第2開口412を形成する開口端部を覆うように形成されている。
主面電極部523は、支持部22の支持部主面221に形成されている。なお、支持部22の支持部主面221は、絶縁膜41により覆われている。したがって、主面電極部523は、支持部主面221を覆う絶縁膜41の表面に形成されている。
側面電極部522は、支持部22において、発光部21の側を向く支持部側面224に形成されている。側面電極部522は、基板接続部521と主面電極部523とを接続する。支持部側面224は、絶縁膜41に覆われている。したがって、側面電極部522は、支持部側面224を覆う絶縁膜41の表面に形成されている。
第2電極52は、第1電極層と第2電極層とを含む。第1電極層と第2電極層は、基板主面101の側からこの順番で積層されている。第1電極層は、例えばTi(チタン)/Au(金)からなる。第1電極層の厚さは、1000Å以上2000Å以下である。第2電極層は、例えばAuを含むめっき層である。第2電極層の厚さは、例えば2μm以上6μm以下である。
[半導体レーザユニット]
図4~図7は、上記の半導体レーザ素子A1を含む半導体レーザユニットB1を示す。
半導体レーザユニットB1は、半導体レーザ素子A1と、接続基板60(サブマウント基板)と、接合部材SD1,SD2を備えている。半導体レーザ素子A1は、接合部材SD1,SD2によって接続基板60に接続される。
図6、図7に示すように、接続基板60は、主面601、裏面602、側面603~606を有している。主面601と裏面602は、Z方向において互いに反対側を向く。側面603~606は、X方向とY方向のいずれかを向く。
接続基板60は、基板本体61、配線層62,63、貫通配線64,65、レジスト層66,67を備えている。
基板本体61は、電気絶縁性を有する材料からなる。一例では、基板本体61は、エポキシ樹脂、セラミックス、Si、AlN、SiC、等からなる。
基板本体61は、基板主面611、基板裏面612、複数の基板側面613~616を有している。基板主面611と基板裏面612は、Z方向において互いに反対側を向く。複数の基板側面613~616は、X方向とY方向のいずれかを向く。
配線層62は、基板主面611に設けられている。配線層62は、例えばCu(銅)、Ni(ニッケル)、Ti,Au(金)などの金属からなる。
配線層62は、半導体レーザ素子A1の第1電極51と第2電極52とがそれぞれ接続される第1配線621と第2配線622とを含む。
第1配線621は、第1電極51と接続される第1パッド部621aと、基板裏面612の配線層63と接続される第1接続部621bと、第1パッド部621aと第1接続部621bとを接続する第1連結部621cとを備えている。第1パッド部621aは、半導体レーザ素子A1の第1電極51と同じ形状、本実施形態において長方形状に形成されている。第1接続部621bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。第1接続部621bは、各第1パッド部621aとY方向において重なるように形成されている。第1連結部621cは、第1パッド部621aと同じ幅で第1パッド部621aから第1接続部621bまで延びている。第1接続部621b及び第1連結部621cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第1パッド部621aを露出する第1開口661を有している。
第2配線622は、第2電極52と接続される第2パッド部622aと、基板裏面612の配線層63と接続される第2接続部622bと、第2パッド部622aと第2接続部622bとを接続する第2連結部622cとを備えている。第2パッド部622aは、半導体レーザ素子A1の第2電極52の主面電極部523と同じ形状、本実施形態において長方形状に形成されている。第2接続部622bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。第2連結部622cは、第2パッド部622aと同じ幅で第2パッド部622aから第2接続部622bまで延びている。第2接続部622b及び第2連結部622cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第2パッド部622aを露出する第2開口662を有している。
配線層63は、基板裏面612に設けられている。配線層63は、例えばCu(銅)、Ni(ニッケル)、Ti,Au(金)などの金属からなる。
配線層63は、第1外部端子631と第2外部端子632とを有している。第1外部端子631及び第2外部端子632は、この半導体レーザユニットB1を利用する装置の回路基板に半導体レーザユニットB1を接続するために設けられている。
第1外部端子631と第2外部端子632は、Z方向から視て長方形に形成されている。第1外部端子631は、Z方向から視て第1配線621の第1接続部621bと重なるように形成されている。第2外部端子632は、Z方向から視て第2配線622の第2接続部622bと重なるように形成されている。したがって、第1外部端子631と第2外部端子632は、半導体レーザ素子A1に対してY方向にずれた位置に形成されている。
第1貫通配線64と第2貫通配線65は、基板主面611から基板裏面612まで基板本体61を貫通している。第1貫通配線64と第2貫通配線65は、基板本体61を貫通する貫通孔の内周面に形成された金属膜、貫通孔に充填された金属柱からなる。第1貫通配線64と第2貫通配線65は、例えばCuからなる。
第1外部端子631は、複数の第1貫通配線64によって第1接続部621bと接続されている。第2外部端子632は、複数の第2貫通配線65によって第2接続部622bと接続されている。なお、第1外部端子631及び第2外部端子632の位置、及び第1接続部621b及び第2接続部622bの位置は、任意に変更することができる。
基板本体61の基板裏面612は、レジスト層67により覆われている。レジスト層67は、配線層63、つまり第1外部端子631と第2外部端子632とを露出する第1開口671及び第2開口672を有している。
第1接合部材SD1は、半導体レーザ素子A1の第1電極51を、接続基板60の第1パッド部621aに接続する。第2接合部材SD2は、半導体レーザ素子A1の第2電極52を、接続基板60の第2パッド部622aに接続する。第1接合部材SD1及び第2接合部材SD2は、導電性を有する。第1接合部材SD1及び第2接合部材SD2は、例えば、Au(金)、Sn(スズ)、In(インジウム)、Ag(銀)、等を含む金属ペーストまたははんだ等である。
(作用)
本実施形態の半導体レーザ素子A1は、半導体基板10と、半導体基板10の基板主面に接続された発光部21と、発光部21の電極接続面211に接続された第1電極51と、基板主面101に接続された第2電極52とを有している。発光部21の電極接続面211に接続された第1電極51は、半導体レーザ素子A1のアノード電極として機能し、半導体基板10に接続された第2電極52は、半導体レーザ素子A1のカソード電極として機能する。半導体レーザ素子A1は、第1電極51と第2電極52との間に印加される駆動電圧によって第1電極51から発光部21を介して第2電極52へと駆動電流が流れ、発光部21からレーザ光を出射する。
本実施形態の半導体レーザ素子A1は、半導体基板10の基板主面101の側に第1電極51と第2電極52とを有している。つまり、半導体レーザ素子A1は、第1電極51及び第2電極52を、接続基板60等の接続対象に向けて実装する、所謂フリップチップ構造を有している。したがって、2つの電極が互いに反対方向を向く半導体レーザ素子のように2つの電極をそれぞれ接続するものと比べ、第1電極51と第2電極52との接続が容易となる、つまり半導体レーザ素子A1を容易に実装することができる。
半導体レーザ素子A1の第1電極51は、第1接合部材SD1により接続対象である接続基板60の第1パッドに接続される。半導体レーザ素子A1の第2電極52は、第2接合部材SD2により接続対象である接続基板60の第2パッド部622aに接続される。第1接合部材SD1及び第2接合部材SD2は、金属ペースト、はんだ、等である。したがって、2つの電極が互いに反対方向を向く半導体レーザ素子のように、ダイボンダとワイヤボンダ、等の装置により実装するものと比べ、半導体レーザ素子A1を容易に実装することができる。
本実施形態の半導体レーザ素子A1において、第1電極51は、発光部21の電極接続面211に接続されている。第2電極52は、発光部21と支持部22との間において半導体基板10と接続された基板接続部521と、支持部主面221に形成された主面電極部523と、発光部21の側を向く支持部側面224に形成され、基板接続部521と主面電極部523とを接続する側面電極部522とを有する。
即ち、第1電極51は、発光部21によって半導体基板10の基板主面101から離れている。半導体基板10の基板主面101に接続された第2電極52は、支持部22の支持部主面221に形成された主面電極部523を有している。つまり、第2電極52の主面電極部523は、半導体基板10の基板主面101から離れている。このため、接続対象を半導体基板10の基板主面101まで伸ばすことなく、半導体レーザ素子A1を容易に接続できる。
支持部22は、Z方向において、主面電極部523を第1電極51と同じ位置とするように形成されている。従って、平板状の接続基板60に備えられた第1パッド部621a及び第2パッド部622aに対して、第1電極51及び第2電極52(主面電極部523)を容易に接続することができる。
発光部21は、基板主面101において、Y方向に延びて形成されている。第2電極52の基板接続部521は、発光部21と支持部22との間において、半導体基板10と接続されている。そして、基板接続部521は、発光部21に沿ってY方向に延びている。Y方向は、発光部21の共振器方向である。このため、共振方向において発光部21の全体に亘って駆動電圧を印加することができる。
半導体レーザユニットB1は、半導体レーザ素子A1と、半導体レーザ素子A1が接続された接続基板60とを含む。接続基板60は、基板本体61の基板主面611に半導体レーザ素子A1が接続され、基板本体61の基板裏面612に第1外部端子631及び第2外部端子632を備えている。これら第1外部端子631及び第2外部端子632により、半導体レーザユニットB1、つまり半導体レーザ素子A1を容易に実装することができる。
(効果)
以上説明したように、本実施形態は、以下の効果を奏する。
(1)本実施形態の半導体レーザ素子A1は、半導体基板10の基板主面101の側に第1電極51と第2電極52とを有している。つまり、半導体レーザ素子A1は、第1電極51及び第2電極52を、接続基板60等の接続対象に向けて実装する、所謂フリップチップ構造を有している。したがって、2つの電極が互いに反対方向を向く半導体レーザ素子のように2つの電極をそれぞれ接続するものと比べ、第1電極51と第2電極52との接続が容易となる、つまり半導体レーザ素子A1を容易に実装することができる。
(2)半導体レーザ素子A1の第1電極51は、第1接合部材SD1により接続対象である接続基板60の第1パッドに接続される。半導体レーザ素子A1の第2電極52は、第2接合部材SD2により接続対象である接続基板60の第2パッド部622aに接続される。第1接合部材SD1及び第2接合部材SD2は、金属ペースト、はんだ、等である。したがって、2つの電極が互いに反対方向を向く半導体レーザ素子のように、ダイボンダとワイヤボンダ、等の装置により実装するものと比べ、半導体レーザ素子A1を容易に実装することができる。
(3)本実施形態の半導体レーザ素子A1において、第1電極51は、発光部21の電極接続面211に接続されている。第2電極52は、発光部21と支持部22との間において半導体基板10と接続された基板接続部521と、支持部主面221に形成された主面電極部523と、発光部21の側を向く支持部側面224に形成され、基板接続部521と主面電極部523とを接続する側面電極部522とを有する。
即ち、第1電極51は、発光部21によって半導体基板10の基板主面101から離れている。半導体基板10の基板主面101に接続された第2電極52は、支持部22の支持部主面221に形成された主面電極部523を有している。つまり、第2電極52の主面電極部523は、半導体基板10の基板主面101から離れている。このため、接続対象を半導体基板10の基板主面101まで伸ばすことなく、半導体レーザ素子A1を容易に接続できる。
(4)支持部22は、Z方向において、主面電極部523を第1電極51と同じ位置とするように形成されている。従って、平板状の接続基板60に備えられた第1パッド部621a及び第2パッド部622aに対して、第1電極51及び第2電極52(主面電極部523)を容易に接続することができる。
(5)発光部21は、基板主面101において、Y方向に延びて形成されている。第2電極52の基板接続部521は、発光部21と支持部22との間において、半導体基板10と接続されている。そして、基板接続部521は、発光部21に沿ってY方向に延びている。Y方向は、発光部21の共振器方向である。このため、共振方向において発光部21の全体に亘って駆動電圧を印加することができる。
(6)半導体レーザユニットB1は、半導体レーザ素子A1と、半導体レーザ素子A1が接続された接続基板60とを含む。接続基板60は、基板本体61の基板主面611に半導体レーザ素子A1が接続され、基板本体61の基板裏面612に第1外部端子631及び第2外部端子632を備えている。これら第1外部端子631及び第2外部端子632により、半導体レーザユニットB1、つまり半導体レーザ素子A1を容易に実装することができる。
[半導体レーザ素子の変更例]
上記した半導体レーザ素子A1の構成は、適宜変更することができる。なお、以下に説明する変更例について、上記実施形態と同じ構成部材については同じ符号を付し、その説明の一部又は全てを省略することがある。また、半導体レーザ素子の内部構成の一部、例えば発光部を構成する発光ユニット等については、符号及び説明を省略することがある。
・発光部21と支持部22との数は、適宜変更することができる。
図8に示す半導体レーザ素子A2は、第1発光部21a及び第2発光部21bと、1つの支持部22とを備えている。支持部22は、第1発光部21aと第2発光部21bとの間に配置されている。なお、第1発光部21aは、2つ以上設けることもできる。また、第2発光部21bは、2つ以上設けることもできる。
支持部22は、第1発光部21aの側を向く第1支持部側面223と、第2発光部21bの側を向く第2支持部側面224と、基板主面101と同じ方向を向く支持部主面221とを有している。第1支持部側面223と第2支持部側面224と支持部主面221は、絶縁膜41により覆われている。
絶縁膜41は、支持部22と第1発光部21aとの間において、基板主面101を露出する開口412aと、支持部22と第2発光部21bとの間において、基板主面101を露出する開口412bとを有している。第2電極52は、支持部22と第1発光部21aとの間から、支持部22と第2発光部21bとの間まで延びている。
第2電極52は、支持部22と第1発光部21aとの間において、半導体基板10に接続された第1基板接続部521aと、支持部22と第2発光部21bとの間において、半導体基板10に接続された第2基板接続部521bと、を有している。さらに、第2電極52は、第1基板接続部521aと主面電極部523とを接続する第1側面電極部522aと、第2基板接続部521bと主面電極部523とを接続する第2側面電極部522bと、を有している。
この半導体レーザ素子A2では、第1発光部21aの電極接続面211の第1電極51と第2電極52の主面電極部523との間に駆動電圧を印加することにより、第1発光部21aからレーザ光を出射できる。また、第2発光部21bの電極接続面211の第1電極51と第2電極52の主面電極部523との間に駆動電圧を印加することにより、第2発光部21bからレーザ光を出射できる。さらに、第1発光部21aの電極接続面211の第1電極51及び第2発光部21bの電極接続面211の第1電極51と、第2電極52の主面電極部523との間に駆動電圧を印加することにより、第1発光部21aと第2発光部21bの各々からレーザ光を出射できる。
図9に示す半導体レーザ素子A3は、1つの発光部21と、第1支持部22a及び第2支持部22bとを備えている。第1支持部22a及び第2支持部22bは、発光部21を挟むように配置されている。第1支持部22aは、発光部21の発光部側面213の側に配置され、第2支持部22bは、発光部21の発光部側面214の側に配置されている。
第1支持部22a及び第2支持部22bは、半導体基板10の基板主面101と同じ側を向く支持部主面221と、発光部21の側を向く支持部側面223と、発光部21とは反対側を向く支持部側面224と、を有している。第1支持部22aの側の第2電極52は、第1支持部22aと発光部21との間から第1支持部22aの支持部主面221まで延び、基板接続部521、側面電極部522、及び主面電極部523を有している。第2支持部22bの側の第2電極52は、第2支持部22bと発光部21との間から第2支持部22bの支持部主面221まで延び、基板接続部521、側面電極部522、及び主面電極部523を有している。
この半導体レーザ素子A3では、1つの第1電極51と2つの第2電極52とによって発光部21に大きな電流を流すことができる。
図10に示す半導体レーザ素子A4は、2つの発光部21及び第1電極51と、1つの支持部22に形成された第2電極52を有している。発光部21は、X方向に所定の間隔を開けて配列されている。半導体レーザ素子に備えられる発光部の数は、3つ以上の任意の数とすることができる。この半導体レーザ素子A4では、発光部21の数に応じたレーザ光を得ることができる。
図11に示す半導体レーザ素子A5は、2つの発光部21と2つの支持部22及び第2電極52を有している。支持部22及び第2電極52と発光部21は、X方向に交互に配置されている。発光部21及び第1電極51と、発光部に隣り合う支持部22に形成された第2電極52とが1つのレーザ素子として機能する。つまり、この半導体レーザ素子A5では、複数のレーザ素子を1つの半導体基板10上に搭載したものであり、それぞれを同時に又は個別に駆動させることができる。
図12に示す半導体レーザ素子A6は、2つの発光部21と2つの支持部22及び第2電極52を有している。2つの発光部21は、X方向において隣り合うように配置されている。2つの支持部22は、2つの発光部21を挟むように配置されている。なお、発光部21数は、3つ以上適宜変更することができる。第2電極52の各々は、隣り合う発光部21と支持部22との間から支持部22の支持部主面221まで延び、基板接続部521、側面電極部522、及び主面電極部523を有している。発光部21及び第1電極51と、発光部21に隣り合う支持部22に形成された第2電極52とが1つのレーザ素子として機能する。つまり、この半導体レーザ素子A6では、複数のレーザ素子を1つの半導体基板10上に搭載したものであり、それぞれを同時に又は個別に駆動させることができる。
図13に示す半導体レーザ素子A7は、第1発光部21a及び第2発光部21bと、第1支持部22a及び第2支持部22bを有している。第1支持部22aと第2支持部22bは、X方向において隣り合うように配置されている。第1発光部21aと第2発光部21bは、第1支持部22a及び第2支持部22bを挟むように配置されている。なお、第1発光部21aと第2発光部21bのそれぞれの数は、2つ以上適宜変更することができる。この半導体レーザ素子A7は、第1発光部21aと第1支持部22aとの間から第1支持部22aの支持部主面221まで延びる第2電極52と、第2発光部21bと第2支持部22bとの間から第2支持部22bの支持部主面221まで延びる第2電極52とを有している。第1発光部21aと、第1発光部21aに隣り合う第1支持部22aに形成された第2電極52、第2発光部21bと、第2発光部21bに隣り合う第2支持部22bに形成された第2電極52とがそれぞれ1つのレーザ素子として機能する。つまり、この半導体レーザ素子A7では、複数のレーザ素子を1つの半導体基板10上に搭載したものであり、それぞれを同時に又は個別に駆動させることができる。
図14に示す半導体レーザ素子A8は、発光部21に対して第2電極52とは反対側の半導体基板10の部分10a(ドットのハッチングを付した部分)は、イオン注入されている。例えば、半導体基板10に注入するイオンは、イオン注入した部分10aに絶縁性を与えるものである。注入するイオンは、たとえばB(ボロン)である。イオン注入する部分10aは、発光部21と半導体基板10の基板側面104との間の部分であることが好ましい。このような部分10aは、発光部21に流す電流の経路を明確にする。
発光部21の電極接続面211に接続された第1電極51は、半導体レーザ素子A8のアノード電極として機能し、半導体基板10に接続された第2電極52は、半導体レーザ素子A8のカソード電極として機能する。第1電極51に供給される駆動電流は、発光部21を通過して半導体基板10に流れる。イオン注入されていない半導体基板では、駆動電流は、発光部21が接続された部分からX方向を向く基板側面(図14では基板側面103,104)に向けて流れる。つまり、第2電極52に流れ難くなり、半導体レーザ素子が高抵抗化する。一方、この変更例の半導体基板10では、駆動電流は、イオン注入された部分10aが絶縁性を有しているため、基板側面103の側に流れる。つまり、第2電極52に向かって流れる。このように、電流経路を明確にすることにより、駆動電流を流れやすくする、つまり、半導体レーザ素子A8の高抵抗化を抑制できる。
図15に示す半導体レーザ素子A9は、発光部21の発光部側面213,214に形成された金属層53を有している。詳しくは、金属層53は、発光部側面213,214を覆う絶縁膜41の表面に形成されている。この変更例において、金属層53は、発光部21の電極接続面211に接続された第1電極51と接続されている。言い換えると、金属層53を含む第1電極51が発光部21の発光部側面213,214を覆うように形成されているといえる。これらの金属層53は、例えばTi、Au、Cu等からなる。この金属層53により、発光部21の熱を外部へと放熱できる。
図16に示す半導体レーザ素子A10は、半導体基板10に接続された発光部21と側壁部23とを備えている。この半導体レーザ素子A10は、上記の支持部22を備えていない。第2電極52は、絶縁膜41の第2開口412から露出する基板主面101に接続されている。第2電極52は、平板状に形成されている。この半導体レーザ素子A10では、半導体基板10の基板主面101を大きくすることなく、半導体基板10と第2電極52との間の接触面積を大きくでき、半導体基板10と第2電極52との間の接触抵抗、ひいては第1電極51と第2電極52との間の抵抗値を小さくできる。つまり、半導体レーザ素子A10の低抵抗化を図ることができる。
図17は、図16に示す半導体レーザ素子A10に対する接続基板60を示す。図18は、半導体レーザ素子A10と接続基板60とを接続した状態、つまり半導体レーザユニットB2を示す。
半導体レーザユニットB2は、接続基板60と、第1接合部材SD1及び第2接合部材SD2を有している。接続基板60は、基板本体61と、配線層62を構成する第1パッド部621a及び第2パッド部622aと、を有している。
第1接合部材SD1と第2接合部材SD2は、互いの膜厚T1,T2が異なるように設定されている。第1接合部材SD1と第2接合部材SD2は、第1電極51と第2電極52との高さの差に応じた膜厚を有している。これにより、第1電極51を第1パッド部621aに接続するとともに、第2電極52を第2パッド部622aに接続することができる。また、第1電極51の膜厚T1と第2電極52の膜厚T2の差を、Z方向において第1電極51の上面から第2電極52の上面までの距離と等しくすることにより、基板本体61に対して半導体基板10を平行とすることができる。
[半導体レーザユニットの変更例]
図19~図21は、変更例の半導体レーザユニットB3を示す。この半導体レーザユニットB3は、半導体レーザ素子A11と、接続基板60(サブマウント基板)と、第1接合部材SD1及び第2接合部材SD2を有している。
半導体レーザ素子A11は、1つの支持部22及び第2電極52と、支持部22及び第1電極51を挟む第1発光部21a及び第2発光部21bを有している。この半導体レーザ素子A11は、2つの第1発光部21aと2つの第2発光部21bを備え、それらはX方向に間隔をあけて配置されている。
第2電極52は、図8に示す半導体レーザ素子A2の第2電極52と同様に、主面電極部523、第1基板接続部521a及び第2基板接続部521b、第1側面電極部522a及び第2側面電極部522bを有している。
接続基板60は、基板本体61、配線層62,63、貫通配線64,65、レジスト層66,67を備えている。
図19、図20に示すように、配線層62は、基板主面611に設けられている。
図20に示すように、配線層62は、半導体レーザ素子A11の第1電極51と第2電極52とがそれぞれ接続される第1配線621と第2配線622とを含む。
第1配線621は、第1電極51と接続される4つの第1パッド部621aと、基板裏面612の配線層63と接続される第1接続部621bと、4つの第1パッド部621aと第1接続部621bとを接続する4つの第1連結部621cとを備えている。第1パッド部621aは、半導体レーザ素子A11の第1電極51と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第1接続部621bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。各第1連結部621cは、第1パッド部621aと同じ幅で各第1パッド部621aから第1接続部621bまで延びている。第1接続部621b及び第1連結部621cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第1パッド部621aを露出する第1開口661を有している。
第2配線622は、第2電極52と接続される第2パッド部622aと、基板裏面612の配線層63と接続される第2接続部622bとを備えている。なお、上記実施形態と同様に、第2パッド部622aと第2接続部622bとを接続する第2連結部を備えていてもよい。第2パッド部622aは、半導体レーザ素子A11の第2電極52の主面電極部523と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第2接続部622bは、第2パッド部622aと第1配線621の第1接続部621bとの間に配置されている。第2接続部622bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。第2接続部622bは、X方向における長さが第2パッド部622aの幅と同じに形成され、第2パッド部622aに接続されている。第2接続部622bは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第2パッド部622aを露出する第2開口662を有している。
図19、図21に示すように、配線層63は、基板裏面612に設けられている。
図21に示すように、配線層63は、第1外部端子631と第2外部端子632とを有している。第1外部端子631及び第2外部端子632は、この半導体レーザユニットB3を利用する装置の回路基板に半導体レーザユニットB3を接続するために設けられている。
第1外部端子631と第2外部端子632は、Z方向から視て長方形に形成されている。第1外部端子631は、Z方向から視て第1配線621の第1接続部621bと重なるように形成されている。第2外部端子632は、Z方向から視て第2配線622の第2接続部622bと重なるように形成されている。したがって、第1外部端子631と第2外部端子632は、半導体レーザ素子A11に対してY方向にずれた位置に形成されている。
第1貫通配線64と第2貫通配線65は、基板主面611から基板裏面612まで基板本体61を貫通している。第1貫通配線64と第2貫通配線65は、基板本体61を貫通する貫通孔の内周面に形成された金属膜、貫通孔に充填された金属柱からなる。第1貫通配線64と第2貫通配線65は、例えばCuからなる。
第1外部端子631は、複数の第1貫通配線64によって第1接続部621bと接続されている。第2外部端子632は、複数の第2貫通配線65によって第2接続部622bと接続されている。なお、第1外部端子631及び第2外部端子632の位置、及び第1接続部621b及び第2接続部622bの位置は、任意に変更することができる。
図22、図23は、図20、図21に示す接続基板60の変更例を示す。
図22に示す半導体レーザユニットB4は、図19に示す半導体レーザ素子A11と、図22、図23に示す接続基板60とを備えている。なお、図22には、二点鎖線にて半導体レーザ素子A11を示している。
この接続基板60は、基板本体61、配線層62,63、貫通配線64,65、レジスト層66,67を備えている。
配線層62は、図20に示す接続基板60の配線層62に対して、第1配線621が2つに分割されている。つまり、第1配線621は、図19に示す半導体レーザ素子A11の第1発光部21aの第1電極51と接続される第1配線部6211と、第2発光部21bの第2電極52と接続される第2配線部6212とを有している。
第1配線部6211と第2配線部6212の各々は、2つの第1パッド部621aと、第1接続部621bと、第1パッド部621aと第1接続部621bとを接続する第1連結部621cとを有している。第1配線部6211の第1接続部621bと第2配線部6212の第1接続部621bは、基板本体61の基板主面611において、X方向に並んで配置されている。第1接続部621bは、各第1パッド部621aとY方向において重なるように形成されている。
配線層63は、図21に示す配線層63に対して、第1外部端子が2つに分割されている。つまり、配線層63は、2つの第1外部端子6311,6312と、1つの第2外部端子632とを有している。2つの第1外部端子6311,6312は、基板本体61の基板裏面612において、X方向に並んで配置されている。第1外部端子631は、Z方向において、第1配線部6211の第1接続部621bと重なっている。第1外部端子631は、第1貫通配線64により、第1接続部621bと接続されている。第1外部端子631は、Z方向において、第2配線部6212の第1接続部621bと重なっている。第1外部端子631は、第1貫通配線64により、第1接続部621bと接続されている。
この接続基板60と、半導体レーザ素子A11(図20において二点鎖線で示す)とを備えた半導体レーザユニットB4は、第1配線部6211の第1接続部621bと、第2配線622の第2接続部622bとの間に駆動電圧を供給することにより、図19に示す2つの第1発光部21aからレーザ光を出射する。また、半導体レーザユニットB4は、第2配線部6212の第1接続部621bと、第2配線622の第2接続部622bとの間に駆動電圧を供給することにより、図19に示す2つの第2発光部21bからレーザ光を出射する。
図24~図26に示す半導体レーザユニットB5は、半導体レーザ素子A12と、接続基板60(サブマウント基板)と、接合部材SD1,SD2を備えている。半導体レーザ素子A12は、接合部材SD1,SD2によって接続基板60に接続される。
半導体レーザ素子A12は、4つの発光部21及び第1電極51と、1つの支持部22及び支持部22に形成された第2電極52とを有している。4つの発光部21は、X方向に所定の間隔を開けて配置されている。第2電極52は、支持部22と隣り合う発光部21と支持部22との間から、支持部22の支持部主面221まで延び、基板接続部521、側面電極部522、主面電極部523を有している。
接続基板60は、基板本体61、配線層62,63、貫通配線64,65、レジスト層66,67を備えている。
配線層62は、基板主面611に設けられている。
配線層62は、半導体レーザ素子A12の第1電極51と第2電極52とがそれぞれ接続される第1配線621と第2配線622とを含む。
図25に示すように、第1配線621は、基板本体61に沿って、X方向に長い長方形状に形成されている。第1配線621は、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第1配線621の4つの部分を第1パッド部621aとして露出する開口661を有している。第1配線621は、基板本体61の基板側面614の側に、基板側面614に沿って延びる第1接続部621bを有している。つまり、第1配線621は、X方向において、4つの第1パッド部621aと第1接続部621bとが配置されている。そして、第1配線621は、X方向に隣り合う2つの第1パッド部621aの間、及び第1パッド部621aと第1接続部621bとの間に第1連結部621cを有している。
第2配線622は、基板本体61の基板主面611において、基板側面613の側に配置されている。第2配線622は、Y方向に長い長方形状に形成されている。第2配線622は、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第2配線622の一部を第2パッド部622aとして露出する開口662を有している。第2配線622は、基板本体61の基板側面613の側に、基板側面613に沿って延びる第2接続部622bを有している。つまり、第2配線622は、X方向において、第2パッド部622aと第2接続部622bとが配置されている。そして、第1配線621は、X方向に隣り合う第2パッド部622aと第2接続部622bとの間に第2連結部622cを有している。
図24、図26に示すように、配線層63は、基板裏面612に設けられている。
図26に示すように、配線層63は、第1外部端子631と第2外部端子632とを有している。第1外部端子631及び第2外部端子632は、この半導体レーザユニットB5を利用する装置の回路基板に半導体レーザユニットB5を接続するために設けられている。
第1外部端子631と第2外部端子632は、Z方向から視て長方形に形成されている。第1外部端子631は、Z方向から視て第1配線621の第1接続部621bと重なるように形成されている。第2外部端子632は、Z方向から視て第2配線622の第2接続部622bと重なるように形成されている。したがって、第1外部端子631と第2外部端子632は、半導体レーザ素子A12に対してY方向にずれた位置に形成されている。
第1外部端子631は、複数の第1貫通配線64によって第1接続部621bと接続されている。第2外部端子632は、複数の第2貫通配線65によって第2接続部622bと接続されている。なお、第1外部端子631及び第2外部端子632の位置、及び第1接続部621b及び第2接続部622bの位置は、任意に変更することができる。
図27~図29に示す半導体レーザユニットB6は、半導体レーザ素子A13と、接続基板60(サブマウント基板)と、接合部材SD1,SD2を備えている。半導体レーザ素子A13は、接合部材SD1,SD2によって接続基板60に接続される。
半導体レーザ素子A13は、4つの発光部21及び第1電極51と、1つの支持部22及び支持部22に形成された第2電極52とを有している。4つの発光部21は、X方向に所定の間隔を開けて配置されている。第2電極52は、支持部22と隣り合う発光部21と支持部22との間から、支持部22の支持部主面221まで延び、基板接続部521、側面電極部522、主面電極部523を有している。
接続基板60は、基板本体61、配線層62,63、貫通配線64,65、レジスト層66,67を備えている。
図27、図28に示すように、配線層62は、基板裏面612に設けられている。
配線層62は、半導体レーザ素子A13の第1電極51と第2電極52とがそれぞれ接続される第1配線621と第2配線622とを含む。
図28に示すように、第1配線621は、第1電極51と接続される4つの第1パッド部621aと、基板裏面612の配線層63と接続される第1接続部621bと、4つの第1パッド部621aと第1接続部621bとを接続する4つの第1連結部621cとを備えている。第1パッド部621aは、半導体レーザ素子A13の第1電極51と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第1接続部621bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。各第1連結部621cは、第1パッド部621aと同じ幅で各第1パッド部621aから第1接続部621bまで延びている。第1接続部621b及び第1連結部621cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第1パッド部621aを露出する第1開口661を有している。
第2配線622は、第2電極52と接続される第2パッド部622aと、基板裏面612の配線層63と接続される第2接続部622b、第2パッド部622aと第2接続部622bとを接続する第2連結部622cとを備えている。第2パッド部622aは、半導体レーザ素子A13の第2電極52の主面電極部523と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第2接続部622bは、X方向において、第1接続部621bと重なる位置に配置されている。第2接続部622bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。第2接続部622bは、X方向における長さが第2パッド部622aの幅と同じに形成されている。第2接続部622b及び第2連結部622cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第2パッド部622aを露出する第2開口662を有している。
図27、図29に示すように、配線層63は、基板裏面612に設けられている。
図29に示すように、配線層63は、第1外部端子631と第2外部端子632とを有している。第1外部端子631及び第2外部端子632は、この半導体レーザユニットB6を利用する装置の回路基板に半導体レーザユニットB6を接続するために設けられている。
第1外部端子631と第2外部端子632は、Z方向から視て長方形に形成されている。第1外部端子631は、Z方向から視て第1配線621の第1接続部621bと重なるように形成されている。第2外部端子632は、Z方向から視て第2配線622の第2接続部622bと重なるように形成されている。したがって、第1外部端子631と第2外部端子632は、半導体レーザ素子A13に対してY方向にずれた位置に形成されている。
第1外部端子631は、複数の第1貫通配線64によって第1接続部621bと接続されている。第2外部端子632は、複数の第2貫通配線65によって第2接続部622bと接続されている。なお、第1外部端子631及び第2外部端子632の位置、及び第1接続部621b及び第2接続部622bの位置は、任意に変更することができる。
図30~図32に示す半導体レーザユニットB7は、半導体レーザ素子A14と、接続基板60(サブマウント基板)と、第1接合部材SD1及び第2接合部材SD2を有している。半導体レーザ素子A14は、接合部材SD1,SD2によって接続基板60に接続される。
半導体レーザ素子A14は、3つの発光部21及び第1電極51と、3つの支持部22及び第2電極52とを有している。支持部22と発光部21は、X方向において交互に配置されている。各発光部21には第1電極51が設けられている。各第2電極52は、支持部22と隣り合う発光部21と支持部22との間から支持部22の支持部主面221まで延び、基板接続部521、側面電極部522、及び主面電極部523を有している。
接続基板60は、基板本体61、配線層62,63、貫通配線64,65、レジスト層66,67を備えている。
図30、図31に示すように、配線層62は、基板裏面612に設けられている。
図31に示すように、配線層62は、半導体レーザ素子A14の第1電極51と第2電極52とがそれぞれ接続される第1配線621と第2配線622とを含む。
第1配線621は、第1電極51と接続される3つの第1パッド部621aと、基板裏面612の配線層63と接続される第1接続部621bと、3つの第1パッド部621aと第1接続部621bとを接続する第1連結部621cとを備えている。第1パッド部621aは、半導体レーザ素子A14の第1電極51と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第1接続部621bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。
第2配線622は、第2電極52と接続される3つの第2パッド部622aと、基板裏面612の配線層63と接続される第2接続部622bと、3つの第2パッド部622aと第2接続部622bとを接続する第2連結部622cとを備えている。第2パッド部622aは、半導体レーザ素子A14の第2電極52の主面電極部523と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第1接続部621bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。
第1配線621の第1パッド部621aと、第2配線622の第2パッド部622aは、X方向において、交互に配置されている。
第1連結部621cは、3つの第1パッド部621aを第1接続部621bに接続する。第1連結部621cは、各第1パッド部621aからY方向に延びる延出配線621dと、X方向に沿って延び、3つの延出配線621dの先端を互いに接続する連結配線621eとを備えている。連結配線621eは、基板本体61の基板側面616に沿って延びている。連結配線621eは、第1接続部621bに接続されている。
第2連結部622cは、3つの第2パッド部622aを第2接続部622bに接続する。第2連結部622cは、各第2パッド部622aからY方向に延びる延出配線622dと、X方向に沿って延び、3つの延出配線622dの先端を互いに接続する連結配線622eとを備えている。第2連結部622cの延出配線622dは、第1連結部621cの延出配線621dが延びる方向とは逆方向に延びている。連結配線622eは、基板本体61の基板側面616に沿って延びている。連結配線622eは、第2接続部622bに接続されている。
第1接続部621b及び第1連結部621cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第1パッド部621aを露出する第1開口661を有している。第2接続部622b及び第2連結部622cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第2パッド部622aを露出する第2開口662を有している。
図30、図32に示すように、配線層63は、基板裏面612に設けられている。
図31に示すように、配線層63は、第1外部端子631と第2外部端子632とを有している。第1外部端子631及び第2外部端子632は、この半導体レーザユニットB7を利用する装置の回路基板に半導体レーザユニットB7を接続するために設けられている。
第1外部端子631と第2外部端子632は、Z方向から視て長方形に形成されている。第1外部端子631は、Z方向から視て第1配線621の第1接続部621bと重なるように形成されている。第2外部端子632は、Z方向から視て第2配線622の第2接続部622bと重なるように形成されている。したがって、第1外部端子631と第2外部端子632は、半導体レーザ素子A14に対してX方向にずれた位置に形成されている。
第1貫通配線64と第2貫通配線65は、基板主面611から基板裏面612まで基板本体61を貫通している。第1貫通配線64と第2貫通配線65は、基板本体61を貫通する貫通孔の内周面に形成された金属膜、貫通孔に充填された金属柱からなる。第1貫通配線64と第2貫通配線65は、例えばCuからなる。
第1外部端子631は、複数の第1貫通配線64によって第1接続部621bと接続されている。第2外部端子632は、複数の第2貫通配線65によって第2接続部622bと接続されている。なお、第1外部端子631及び第2外部端子632の位置、及び第1接続部621b及び第2接続部622bの位置は、任意に変更することができる。
この半導体レーザユニットB7において、接続基板60は、半導体レーザ素子A14のアノード電極となる第1配線621に接続される第1パッド部621aと、半導体レーザ素子A14のカソード電極となる第2配線622に接続される第2パッド部622aとが、X方向に交互に配置されている。第1配線621は、第1パッド部621aから基板本体61の基板側面616の側に延びる延出配線621dを備え、第2配線622は、第2パッド部622aから基板本体61の基板側面615の側に延びる延出配線622dを備える。基板側面615,616は、Y方向において互いに反対側を向く。したがって、アノード電極に接続される第1パッド部621aと、カソード電極に接続される第2パッド部622aとが互いに逆向きに接続されている。このため、半導体レーザ素子A14を駆動する電流により発生する磁束を打ち消し合うため、インダクタンスが低減される。
図33~図35に示す半導体レーザユニットB8は、半導体レーザ素子A15と、接続基板60(サブマウント基板)と、接合部材SD1,SD2を備えている。半導体レーザ素子A15は、接合部材SD1,SD2によって接続基板60に接続される。
半導体レーザ素子A15は、4つの発光部21及び第1電極51と、4つの発光部21を挟むように配置された2つの支持部22及び第2電極52とを有している。各発光部21にはそれぞれ第1電極51が設けられている。第2電極52は支持部22と隣り合う発光部21と支持部22との間から支持部22の支持部主面221まで延び、基板接続部521、側面電極部522、及び主面電極部523を有している。
接続基板60は、基板本体61、配線層62,63、貫通配線64,65、レジスト層66,67を備えている。
図30、図31に示すように、配線層62は、基板主面611に設けられている。
図31に示すように、配線層62は、半導体レーザ素子A15の第1電極51と第2電極52とがそれぞれ接続される第1配線621と第2配線622とを含む。
第1配線621は、第1電極51と接続される4つの第1パッド部621aと、基板裏面612の配線層63と接続される第1接続部621bと、4つの第1パッド部621aと第1接続部621bとを接続する第1連結部621cとを備えている。第1パッド部621aは、半導体レーザ素子A15の第1電極51と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第1接続部621bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。
2つの第2配線622は、2つの第2電極52にそれぞれ接続される第2パッド部622aと、基板裏面612の配線層63と接続される第2接続部622bと、第2パッド部622aと第2接続部622bとを接続する第2連結部622cとを備えている。第2パッド部622aは、半導体レーザ素子A15の第2電極52の主面電極部523と同じ形状、この変更例において長方形状に形成されている。第2接続部622bは、Z方向から視てX方向に長い長方形状に形成されている。第2パッド部622aは、基板本体61の基板側面613と基板側面614とのそれぞれに設けられている。
第1接続部621b及び第1連結部621cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第1パッド部621aを露出する第1開口661を有している。第2接続部622b及び第2連結部622cは、レジスト層66により覆われている。レジスト層66は、第2パッド部622aを露出する第2開口662を有している。
[半導体レーザ装置]
図36、図37は、半導体レーザユニットを備えた半導体レーザ装置C1を示す。この半導体レーザ装置C1は、例えば図24~図26に示す半導体レーザユニットB5を備えている。なお、半導体レーザユニットB5以外の半導体レーザユニットを備える構成としてもよい。
半導体レーザ装置C1は、配線基板71、半導体レーザユニットB5、スイッチング素子75、キャパシタ76、ダイオード77、電流制限抵抗78を備えている。半導体レーザユニットB5とスイッチング素子75とキャパシタ76とダイオード77と電流制限抵抗78は配線基板71に実装されている。
配線基板71は、基板主面711、基板裏面712、基板側面713~716を備えている。基板主面711と基板裏面712は、互いに反対側を向く。基板主面711に垂直な方向をZ方向とし、Z方向と直交する1つの方向をX方向、Z方向及びX方向と直交する方向をY方向とする。基板側面713,714は、X方向において互いに反対側を向く。基板側面715,716は、Y方向において互いに反対側を向く。
図37に示すように、配線基板71は、多層の4層基板であり、絶縁層741,742,743と配線層721,722,723,724を備えている。スイッチング素子75とキャパシタ76と半導体レーザユニットB5は、配線基板71の基板側面715に沿って1列に配置されている。換言すると、スイッチング素子75とキャパシタ76と半導体レーザユニットB5は、直線上に配置されている。基板主面711の第1配線層721には、半導体レーザユニットB5、スイッチング素子75、キャパシタ76、ダイオード77、及び電流制限抵抗78(図36参照)が、接合部材SDにより接続されている。接合部材SDは、導電ペースト、はんだ、等である。
図36に示すように、第1配線層721は、配線パターン721a~721fを有している。
半導体レーザユニットB5は、接続基板60と、接続基板60に接続された半導体レーザ素子A12を備えている。図37に示すように、接続基板60の第1外部端子631(図24に示す半導体レーザ素子A12の第1電極51)は接合部材SDを介して配線パターン721dに接続され、接続基板60の第2外部端子632(図24に示す半導体レーザ素子A12の第2電極52)は、接合部材SDを介して配線パターン721cに接続されている。
スイッチング素子75は、半導体レーザ素子A12を動作するのに用いられる。この形態では、スイッチング素子75は、GaN(窒化ガリウム)基板が用いられたn型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。スイッチング素子75としては、ドレイン‐ソース間容量が小さいスイッチング素子が用いられることが好ましい。なお、スイッチング素子75は、Si(シリコン)基板が用いられたMOSFETであってもよいし、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他のトランジスタが用いられてもよい。
スイッチング素子75は、ゲート電極75G、ソース電極75S、ドレイン電極75Dを有している。ゲート電極75Gは配線パターン721eに接続され、ソース電極75Sは配線パターン721aに接続され、ドレイン電極75Dは配線パターン721bに接続されている。配線パターン721eは、外部からスイッチング素子75の制御信号SGが供給されるゲート配線である。図37に示すように、配線パターン721aは、第1絶縁層741を貫通する貫通配線731(ビア配線)により、第1絶縁層741と第2絶縁層742との間の第2配線層722に接続されている。
配線パターン721bには、電流制限抵抗78の第1電極781が接続され、電流制限抵抗78の第2電極782は配線パターン721fに接続されている。配線パターン721fは、外部から駆動電圧Vinが供給される電源配線である。また、配線パターン721bには、キャパシタ76の第1電極761が接続され、キャパシタ76の第2電極762は、配線パターン721cに接続されている。
配線パターン721cには、半導体レーザユニットB5の第2外部端子632、つまり半導体レーザ素子A12のカソード電極が接続されている。半導体レーザユニットB5の第1外部端子631、つまり半導体レーザ素子A12のアノード電極は配線パターン721dに接続されている。また、配線パターン721cにはダイオード77のアノード電極771が接続され、ダイオード77のカソード電極772は配線パターン721dに接続されている。配線パターン721dは、外部に接続されるグランド配線である。図37に示すように、配線パターン721dは、第1絶縁層741を貫通する貫通配線732により、第2配線層722に接続されている。この第2配線層722は、貫通配線731と配線パターン721aとを介してスイッチング素子75のソース電極75Sに接続されている。
すなわち、配線基板71の配線パターン721a~721d、貫通配線731,732、第2配線層722は、スイッチング素子75とキャパシタ76と半導体レーザユニットB5(半導体レーザ素子A12)とをループ状に接続する。言い換えると、配線パターン721a~721d、貫通配線731,732、第2配線層722は、ループ状の導電経路(導電ループ)を構成する。
この形態の配線基板71は、4層基板であり、4つの配線層のうち、基板主面711の側の2つの配線層、つまり第1配線層721と第2配線層722を用いて導電ループを構成している。2層の両面基板を用いて導電ループを構成することもできる。しかし、2層の両面基板の絶縁層の厚さと比べて、第1配線層721と第2配線層722との間の第1絶縁層741の厚さは薄い。両面基板の絶縁層の厚さは1.6mm程度であるのに対し、4層基板の第1絶縁層741の厚さは0.6mm程度である。したがって、多層基板を用い、その多層基板の基板主面711の側の第1配線層721と第2配線層722とを用いることで、導電ループの面積(導電リープで囲まれた領域の面積)を小さくできる。
図37に示すように、第3配線層723と第4配線層724との少なくとも一方は、例えば、グランド端子と接続される。なお、第3配線層723と第4配線層724との少なくとも一方は省略されてもよい。
図38は、上述した構成の半導体レーザ装置C1の回路構成を示している。
図38に示すように、半導体レーザ装置C1の外部端子791(配線パターン721f)には駆動電圧Vinが供給される。半導体レーザ装置C1の外部端子792(配線パターン721d)は、グランドGNDに接続される。
半導体レーザ素子A12とキャパシタ76とは直列接続されており、直列接続された半導体レーザ素子A12及びキャパシタ76とスイッチング素子75とは並列接続されている。換言すると、半導体レーザ素子A12とキャパシタ76とからなる直列接続体と、スイッチング素子75とは並列接続されている。
この半導体レーザ装置C1は、制御信号SGによりスイッチング素子75をオフし、駆動電圧Vinによりキャパシタ76を充電する。制御信号SGによりスイッチング素子75をオンすると、二点鎖線矢印にて示すようにキャパシタ76からスイッチング素子75を介して半導体レーザ素子A12に駆動電流が流れ、半導体レーザ素子A12からレーザ光が出射される。
図38の二点鎖線矢印に示すように、半導体レーザ装置C1では、半導体レーザ素子A12、スイッチング素子75、およびキャパシタ76によって導電経路のループ(導電ループ)が形成される。図38に示すインダクタLcは、導電ループにおける寄生インダクタンスである。導電ループの面積を小さくすることにより、この寄生インダクタンスを小さくできる。これにより、周波数の高い制御信号によりスイッチング素子75を制御して半導体レーザ素子A12を高速で駆動できる。
図39、図40は、半導体レーザユニットを備えた半導体レーザ装置C2を示す。半導体レーザ装置C2は、例えば図33~図35に示すように、アノード電極(第1電極51、第1外部端子631)をユニットの中央に備えるとともに、2つのカソード電極(第2電極52、第2外部端子632)をユニットの両端部に備える半導体レーザユニットB8を備える。なお、半導体レーザユニットB8以外の半導体レーザユニットを備える構成としてもよい。
半導体レーザ装置C2は、配線基板71、半導体レーザユニットB8、スイッチング素子75a,75b、キャパシタ76a,76b、ダイオード77a,77b、電流制限抵抗78a,78bを備えている。半導体レーザユニットB8とスイッチング素子75a,75bとキャパシタ76a,76bとダイオード77a,77bと電流制限抵抗78a,78bは配線基板71に実装されている。
配線基板71は、基板主面711、基板裏面712、基板側面713~716を備えている。基板主面711と基板裏面712は、互いに反対側を向く。基板主面711に垂直な方向をZ方向とし、Z方向と直交する1つの方向をX方向、Z方向及びX方向と直交する方向をY方向とする。基板側面713,714は、X方向において互いに反対側を向く。基板側面715,716は、Y方向において互いに反対側を向く。
図40に示すように、配線基板71は、多層基板、この形態では4層基板であり、絶縁層741~743と配線層721~724を備えている。スイッチング素子75a,75bとキャパシタ76a,76bと半導体レーザユニットB8は、配線基板71の基板側面715に沿って1列に配置されている。この形態において、配線基板71の中央に半導体レーザユニットB8が実装され、この半導体レーザユニットB8から基板側面713に向かってキャパシタ76aとスイッチング素子75aとがこの順番で配置されるとともに、基板側面714に向かってキャパシタ76b、スイッチング素子75bとがこの順番で配置されている。つまり、キャパシタ76aとスイッチング素子75aと半導体レーザユニットB8は、直線上に配置されている。そして、キャパシタ76b、スイッチング素子75bは、半導体レーザユニットB8に対して、キャパシタ76a及びとスイッチング素子75aと反対側に配置されるとともに、キャパシタ76b、スイッチング素子75bと半導体レーザユニットB8は、直線上に配置されている。基板主面711の第1配線層721には、半導体レーザユニットB8、スイッチング素子75a,75b、キャパシタ76a,76b、ダイオード77a,77b、及び電流制限抵抗78a,78b(図39参照)が、接合部材SDにより接続されている。接合部材SDは、導電ペースト、はんだ、等である。
図39に示すように、第1配線層721は、第1配線パターン81a~85a、第2配線パターン81b~85b、共通パターン86を有している。
半導体レーザユニットB8は、接続基板60と、接続基板60に接続された半導体レーザ素子A15とを備えている。半導体レーザ素子A15は、1つの第1電極51と2つの第2電極52とを有している。つまり、この半導体レーザ素子A15は、2つのレーザ素子を備えた構成である。これら2つのレーザ素子を、半導体レーザ素子A15a,A15bとする。図40に示すように、接続基板60の第1外部端子631は接合部材SDを介して共通パターン86に接続され、接続基板60の2つの第2外部端子632は、第1配線パターン83aと第2配線パターン83bとに接続されている。
スイッチング素子75aは、半導体レーザ素子A15を動作するのに用いられる。この形態では、スイッチング素子75aは、GaN(窒化ガリウム)基板が用いられたn型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。スイッチング素子75aとしては、ドレイン‐ソース間容量が小さいスイッチング素子が用いられることが好ましい。なお、スイッチング素子75aは、Si(シリコン)基板が用いられたMOSFETであってもよいし、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他のトランジスタが用いられてもよい。
スイッチング素子75aは、ゲート電極75G、ソース電極75S、ドレイン電極75Dを有している。ゲート電極75Gは第1配線パターン84aに接続され、ソース電極75Sは第1配線パターン81aに接続され、ドレイン電極75Dは第1配線パターン82aに接続されている。第1配線パターン84aは、外部からスイッチング素子75aの制御信号SG1が供給されるゲート配線である。図40に示すように、第1配線パターン81aは、第1絶縁層741を貫通する貫通配線731a(ビア配線)により、第1絶縁層741と第2絶縁層742との間の第2配線層722に接続されている。
第1配線パターン82aには、電流制限抵抗78aの第1電極78a1が接続され、電流制限抵抗78aの第2電極78a2は第1配線パターン85aに接続されている。第1配線パターン85aは、外部から駆動電圧Vin1が供給される電源配線である。また、第1配線パターン82aには、キャパシタ76aの第1電極76a1が接続され、キャパシタ76aの第2電極76a2は、第1配線パターン83aに接続されている。
第1配線パターン83aには、半導体レーザユニットB8の第2外部端子632、つまり半導体レーザ素子A15aのカソード電極が接続されている。半導体レーザユニットB8の第1外部端子631、つまり半導体レーザ素子A15aのアノード電極は共通パターン86に接続されている。また、第1配線パターン83aにはダイオード77aのアノード電極77a1が接続され、ダイオード77aのカソード電極77a2は共通パターン86に接続されている。共通パターン86は、外部に接続されるグランド配線である。図40に示すように、共通パターン86は、第1絶縁層741を貫通する貫通配線732により、第2配線層722に接続されている。この第2配線層722は、貫通配線731aと第1配線パターン81aとを介してスイッチング素子75aのソース電極75Sに接続されている。
すなわち、配線基板71の第1配線パターン81a~83a、共通パターン86、貫通配線731a,732、第2配線層722は、スイッチング素子75aとキャパシタ76aと半導体レーザユニットB8(半導体レーザ素子A15a)とをループ状に接続する。言い換えると、第1配線パターン81a,82a,83a,共通パターン86、貫通配線731a,732、第2配線層722は、ループ状の導電経路(導電ループ)を構成する。
スイッチング素子75bは、半導体レーザ素子A15を動作するのに用いられる。この形態では、スイッチング素子75bは、GaN(窒化ガリウム)基板が用いられたn型MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)である。スイッチング素子75bとしては、ドレイン‐ソース間容量が小さいスイッチング素子が用いられることが好ましい。なお、スイッチング素子75bは、Si(シリコン)基板が用いられたMOSFETであってもよいし、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の他のトランジスタが用いられてもよい。
スイッチング素子75bは、ゲート電極75G、ソース電極75S、ドレイン電極75Dを有している。ゲート電極75Gは第2配線パターン84bに接続され、ソース電極75Sは第2配線パターン81bに接続され、ドレイン電極75Dは第2配線パターン82bに接続されている。第2配線パターン84bは、外部からスイッチング素子75bの制御信号SG1が供給されるゲート配線である。図40に示すように、第2配線パターン81bは、第1絶縁層741を貫通する貫通配線731b(ビア配線)により、第1絶縁層741と第2絶縁層742との間の第2配線層722に接続されている。
第2配線パターン82bには、電流制限抵抗78bの第1電極78b1が接続され、電流制限抵抗78bの第2電極78b2は第2配線パターン85bに接続されている。第2配線パターン85bは、外部から駆動電圧Vin1が供給される電源配線である。また、第2配線パターン82bには、キャパシタ76bの第1電極76b1が接続され、キャパシタ76bの第2電極76b2は、第2配線パターン83bに接続されている。
第2配線パターン83bには、半導体レーザユニットB8の第2外部端子632、つまり半導体レーザ素子A15bのカソード電極が接続されている。半導体レーザユニットB8の第1外部端子631、つまり半導体レーザ素子A15bのアノード電極は共通パターン86に接続されている。また、第2配線パターン83bにはダイオード77bのアノード電極77b1が接続され、ダイオード77bのカソード電極77b2は共通パターン86に接続されている。共通パターン86は、外部に接続されるグランド配線である。図40に示すように、共通パターン86は、第1絶縁層741を貫通する貫通配線732により、第2配線層722に接続されている。この第2配線層722は、貫通配線731bと第2配線パターン81bとを介してスイッチング素子75bのソース電極75Sに接続されている。
すなわち、配線基板71の第2配線パターン81b~83b、共通パターン86、貫通配線731b,732、第2配線層722は、スイッチング素子75bとキャパシタ76bと半導体レーザユニットB8(半導体レーザ素子A15b)とをループ状に接続する。言い換えると、第2配線パターン81b,82b,83b,共通パターン86、貫通配線731b,732、第2配線層722は、ループ状の導電経路(導電ループ)を構成する。
この形態の配線基板71は、4層基板であり、4つの配線層のうち、基板主面711の側の2つの配線層、つまり第1配線層721と第2配線層722を用いて導電ループを構成している。2層の両面基板を用いて導電ループを構成することもできる。しかし、2層の両面基板の絶縁層の厚さと比べて、第1配線層721と第2配線層722との間の第1絶縁層741の厚さは薄い。両面基板の絶縁層の厚さは1.6mm程度であるのに対し、4層基板の第1絶縁層741の厚さは0.6mm程度である。したがって、多層基板を用い、その多層基板の基板主面711の側の第1配線層721と第2配線層722とを用いることで、導電ループの面積(導電リープで囲まれた領域の面積)を小さくできる。
図40に示すように、第3配線層723と第4配線層724との少なくとも一方は、例えば、グランド端子と接続される。なお、第3配線層723と第4配線層724との少なくとも一方は省略されてもよい。
図41は、上述した構成の半導体レーザ装置C2の回路構成を示している。
図41に示すように、半導体レーザ装置C2の外部端子791a(配線パターン85a)には駆動電圧Vin1が供給される。また、半導体レーザ装置C2の外部端子791b(第2配線パターン85b)には駆動電圧Vin2が供給される。半導体レーザ装置C2の外部端子792(共通パターン86)は、グランドGNDに接続される。
半導体レーザ素子A15aとキャパシタ76aとは直列接続されており、直列接続された半導体レーザ素子A15a及びキャパシタ76aとスイッチング素子75aとは並列接続されている。換言すると、半導体レーザ素子A15aとキャパシタ76aとからなる直列接続体と、スイッチング素子75aとは並列接続されている。
この半導体レーザ装置C2は、制御信号SG1によりスイッチング素子75aをオフし、駆動電圧Vin1によりキャパシタ76aを充電する。制御信号SG1によりスイッチング素子75aをオンすると、二点鎖線矢印にて示すようにキャパシタ76aからスイッチング素子75aを介して半導体レーザ素子A15aに駆動電流が流れ、半導体レーザ素子A15aからレーザ光が出射される。
半導体レーザ素子A15bとキャパシタ76bとは直列接続されており、直列接続された半導体レーザ素子A15b及びキャパシタ76bとスイッチング素子75bとは並列接続されている。換言すると、半導体レーザ素子A15bとキャパシタ76bとからなる直列接続体と、スイッチング素子75bとは並列接続されている。
半導体レーザ装置C2は、制御信号SG2によりスイッチング素子75bをオフし、駆動電圧Vin2によりキャパシタ76bを充電する。制御信号SG2によりスイッチング素子75bをオンすると、二点鎖線矢印にて示すようにキャパシタ76bからスイッチング素子75bを介して半導体レーザ素子A15bに駆動電流が流れ、半導体レーザ素子A15bからレーザ光が出射される。
図41の二点鎖線矢印に示すように、半導体レーザ装置C2では、半導体レーザ素子A15a、スイッチング素子75a、およびキャパシタ76aによって導電経路のループ(第1導電ループ)が形成される。図41に示すインダクタLcaは、第1導電ループにおける寄生インダクタンスである。第1導電ループの面積を小さくすることにより、この寄生インダクタンスを小さくできる。これにより、周波数の高い制御信号によりスイッチング素子75aを制御して半導体レーザ素子A15aを高速で駆動できる。
また、図41の二点鎖線矢印に示すように、半導体レーザ装置C2では、半導体レーザ素子A15b、スイッチング素子75b、およびキャパシタ76bによって導電経路のループ(第2導電ループ)が形成される。図41に示すインダクタLcbは、第2導電ループにおける寄生インダクタンスである。第2導電ループの面積を小さくすることにより、この寄生インダクタンスを小さくできる。これにより、周波数の高い制御信号によりスイッチング素子75bを制御して半導体レーザ素子A15bを高速で駆動できる。
図42は、上述した半導体レーザ装置C2の配線基板71の変更例を示す。この配線基板71において、第2配線層722は、第1配線パターン722aと第2配線パターン722bとを含む。第1配線パターン722aは、基板側面713の側において、第1貫通配線731aを介して第1配線パターン81aに接続されるとともに、基板中央において、第1貫通配線732aを介して共通パターン86に接続される。第2配線パターン722bは、基板側面714の側において、第2貫通配線731bを介して第2配線パターン81bに接続されるとともに、基板中央において、第2貫通配線732bを介して共通パターン86に接続される。
このように、第2配線層722は、第1導電ループを構成する第1配線パターン722aと、第2導電ループを構成する第2配線パターン722bとに分割されている。これにより、第1導電ループと第2導電ループとのそれぞれにおいて、ループの外側の配線部分を少なくでき、配線部分における抵抗やインダクタンス等の影響を低減できる。
(その他の変更例)
上記実施形態及び各変更例は、以下のように変更して実施することができる。なお、上記の実施形態及び変更例と以下に示す変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・CANタイプの半導体発光装置とする。CANタイプの半導体レーザ装置は、金属製のステムと、ステムから延びる複数のリードとを備える。ステムに上記した半導体レーザ素子、半導体レーザユニット、又は半導体レーザ装置を搭載する。
・発光部21(21a,21b)を構成する発光ユニット30の数と、支持部22(22a,22b)を構成する発光ユニット30の数とが相違していてもよい。つまり、半導体基板10の基板主面101から発光部21の電極接続面211までの高さと、基板主面101から支持部22の支持部主面221までの高さとが異なっていてもよい。
(付記)
上記各実施形態から把握できる技術的思想を以下に記載する。
(付記1)
基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、
前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する発光部と、
前記接続面に接続された第1電極と、
前記基板主面に接続された第2電極と、
前記発光部に対して前記第3方向に前記発光部から離れて配置され、前記発光部の前記接続面と同じ方向を向く支持部主面と、前記第3方向において互いに反対方向を向く一対の支持部側面とを有する支持部と、
を備え、
前記第2電極は、前記発光部と前記支持部との間において前記半導体基板と接続された基板接続部と、前記支持部主面に形成された主面電極部と、前記発光部の側を向く前記支持部側面に形成され、前記基板接続部と前記主面電極部とを接続する側面電極部とを有する、
半導体レーザ素子。
(付記2)
前記半導体基板の前記基板主面には、複数の前記発光部が設けられ、
複数の前記発光部は、前記第3方向に沿って互いに離れて配置されている、
付記1に記載の半導体レーザ素子。
(付記3)
前記発光部を挟むように配置された2つの前記第2電極及び前記支持部を有する、付記1又は付記に記載の半導体レーザ素子。
(付記4)
前記第2電極及び前記支持部は、隣り合う2つの前記発光部の間に配置されている、付記1から付記3のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
(付記5)
前記第2電極は、前記支持部と隣り合う2つの前記発光部との間の各々において前記半導体基板に接続された2つの前記基板接続部と、前記支持部の一対の前記支持部側面の各々に形成された2つの前記側面電極部と、を備える、付記4に記載の半導体レーザ素子。
(付記6)
前記第3方向に隣り合うように配置された2つの前記第2電極及び前記支持部を備えた、付記5に記載の半導体レーザ素子。
(付記7)
前記第2電極の前記側面電極部は、隣り合う2つの前記支持部において互いに反対方向を向く前記支持部側面に形成されている、付記6に記載の半導体レーザ素子。
(付記8)
前記第3方向において、前記第2電極及び前記支持部と前記発光部とは交互に配置されている、付記1から付記6のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
A1~A15,A15a,A15b 半導体レーザ素子
B1~B8 半導体レーザユニット
C1,C2 半導体レーザ装置
10 半導体基板
101 基板主面
102 基板裏面
21 発光部
21a 第1発光部
21b 第2発光部
211 電極接続面(接続面)
213,214 発光部側面(側面)
215,216 発光部端面(端面)
22 支持部
22a 第1支持部
22b 第2支持部
221 支持部主面
30 発光ユニット
31 第1クラッド層
32 活性層
33 第2クラッド層
41 絶縁膜
411 第1開口
412 第2開口
51 第1電極
52 第2電極
521 基板接続部
522 側面電極部
523 主面電極部
60 接続基板
611 基板主面
612 基板裏面
621 第1配線
622 第2配線
64 貫通配線
65 貫通配線
661 第1開口
662 第2開口
671 第1開口
672 第2開口
71 配線基板
711 基板主面
712 基板裏面
721 第1配線層
722 第2配線層
731,732 貫通配線
731a,731b 貫通配線
741 第1絶縁層
742 第2絶縁層
75,75a,75b スイッチング素子
76,76a,76b キャパシタ
76a,76a1,76b1 第1電極
76a2,76b,76b2 第2電極

Claims (17)

  1. 基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、
    前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する発光部と、
    前記接続面に接続された第1電極と、
    前記基板主面に接続された第2電極と、
    を有する半導体レーザ素子。
  2. 前記半導体基板は、GaAsを含むn型の半導体基板からなる、請求項1に記載の半導体レーザ素子。
  3. 前記発光部は、前記第1方向と直交する第2方向において互いに反対方向を向く一対の端面を有し、
    前記第2方向は、前記発光部から出射するレーザ光の共振方向である、請求項1又は請求項2に記載の半導体レーザ素子。
  4. 前記発光部は、活性層と、前記第1方向において前記活性層を挟む第1クラッド層及び第2クラッド層と、を有する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  5. 前記発光部は、前記第1方向に積層された複数の発光ユニットを含み、前記発光ユニットの各々は、活性層と、前記第1方向において前記活性層を挟む第1クラッド層及び第2クラッド層と、を有する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  6. 前記発光部は、前記接続面と前記基板主面とを接続する一対の側面を有し、
    前記基板主面と前記発光部の前記接続面及び前記側面を覆い、前記接続面の一部を露出する第1開口と、前記基板主面の一部を露出する第2開口とを有する絶縁膜を備え、
    前記第1電極は前記第1開口によって前記発光部と接続され、
    前記第2電極は、前記第2開口によって前記基板主面と接続されている、
    請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  7. 前記第1電極は、前記発光部の前記側面の一部を覆うように形成されている、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  8. 前記発光部に対して前記第1方向に直交する第3方向に前記発光部から離れて配置され、前記発光部の前記接続面と同じ方向を向く支持部主面と、前記第3方向において互いに反対方向を向く一対の支持部側面とを有する支持部を備え、
    前記第2電極は、前記発光部と前記支持部との間において前記半導体基板と接続された基板接続部と、前記支持部主面に形成された主面電極部と、前記発光部の側を向く前記支持部側面に形成され、前記基板接続部と前記主面電極部とを接続する側面電極部とを有する、
    請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  9. 前記支持部は、前記第1方向において、前記主面電極部を前記第1電極と同じ位置とするように形成されている、請求項8に記載の半導体レーザ素子。
  10. 前記支持部は、前記第1方向及び前記第3方向に直交する方向に延びている、請求項8又は請求項9に記載の半導体レーザ素子。
  11. 前記支持部は、活性層と、前記第1方向において前記活性層を挟む第1クラッド層及び第2クラッド層と、を有し、前記支持部側面及び前記支持部主面は絶縁膜により覆われている、請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  12. 前記支持部は、前記第1方向に積層された複数の発光ユニットを含み、前記発光ユニットの各々は、活性層と、前記第1方向において前記活性層を挟む第1クラッド層及び第2クラッド層と、を有し、前記支持部側面及び前記支持部主面は絶縁膜により覆われている、請求項8から請求項10のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
  13. 第1電極及び第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間の発光部とを有する半導体レーザ素子と、
    基板主面と、前記基板主面に形成された第1接続パターン及び第2接続パターンと、を有する接続基板と、
    前記第1電極と前記第1接続パターンとを接続する第1接続部材と、
    前記第2電極と前記第2接続パターンとを接続する第2接続部材と、
    を有し、
    前記半導体レーザ素子は、
    基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、
    前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する前記発光部と、
    前記接続面に接続された前記第1電極と、
    前記基板主面に接続された前記第2電極と、
    を有する、半導体レーザユニット。
  14. 前記第1接続部材と前記第2接続部材は、前記接続基板の前記基板主面からの長さが互いに異なり、
    前記第1接続部材は、前記発光部の前記接続面の前記第1電極と接続され、
    前記第2接続部材は、前記半導体基板の前記基板主面の前記第2電極と接続される、
    請求項13に記載の半導体レーザユニット。
  15. 前記発光部に対して前記第3方向に前記発光部から離れて配置され、前記発光部の前記接続面と同じ方向を向く支持部主面と、前記第3方向において互いに反対方向を向く一対の支持部側面とを有する支持部を備え、
    前記第2電極は、前記発光部と前記支持部との間において前記半導体基板と接続された基板接続部と、前記支持部主面に形成された主面電極部と、前記発光部の側を向く前記支持部側面に形成され、前記基板接続部と前記主面電極部とを接続する側面電極部とを有し、
    前記第1接続部材と前記第2接続部材は、前記接続基板の前記基板主面からの長さが互いに等しい、
    請求項13又は請求項14に記載の半導体レーザユニット。
  16. 第1絶縁層及び第2絶縁層と、前記第1絶縁層の表面の第1配線層と、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層との間の第2配線層と、前記第1絶縁層を貫通して前記第1配線層と前記第2配線層とを接続する貫通配線と、を有する配線基板と、
    半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が実装された接続基板とを有し、前記接続基板が前記第1配線層に接続された半導体レーザユニットと、
    前記半導体レーザユニットと電気的に接続され、前記半導体レーザ素子を動作させるスイッチング素子と、
    前記半導体レーザ素子及び前記スイッチング素子と電気的に接続されたキャパシタと、
    を備え、
    前記半導体レーザ素子は、基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する発光部と、前記接続面に接続された第1電極と、前記基板主面に接続された第2電極と、を有し、
    前記スイッチング素子と前記キャパシタと前記半導体レーザユニットは直線上に配置され、
    前記配線基板の前記第1配線層と前記第2配線層と前記貫通配線は、前記スイッチング素子と前記キャパシタと前記半導体レーザユニットを含む導電ループを構成する、
    半導体レーザ装置。
  17. 第1絶縁層及び第2絶縁層と、前記第1絶縁層の表面の第1配線層と、前記第1絶縁層と前記第2絶縁層との間の第2配線層と、前記第1絶縁層を貫通して前記第1配線層と前記第2配線層とを接続する貫通配線と、を有する配線基板と、
    半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子が実装された接続基板とを有し、前記接続基板が前記第1配線層に接続された半導体レーザユニットと、
    前記半導体レーザユニットと電気的に接続され、前記半導体レーザ素子を動作させる第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子と、
    前記半導体レーザ素子及び前記第1スイッチング素子と電気的に接続された第1キャパシタと、
    前記半導体レーザ素子及び前記第2スイッチング素子と電気的に接続された第2キャパシタと、
    を備え、
    前記半導体レーザ素子は、基板主面と、前記基板主面と直交する第1方向において前記基板主面と反対側を向く基板裏面とを有する半導体基板と、前記基板主面から前記第1方向に突出するように形成され、前記基板主面と同じ方向を向く接続面を有する発光部と、前記接続面に接続された第1電極と、前記基板主面に接続された第2電極と、を有し、
    前記第1スイッチング素子と前記第1キャパシタと前記半導体レーザユニットは直線上に配置され、
    前記第2スイッチング素子と前記第2キャパシタは、前記半導体レーザユニットに対して前記第1スイッチング素子及び前記第1キャパシタとは反対側に配置されるとともに、前記第2スイッチング素子と前記第2キャパシタと前記半導体レーザユニットは直線上に配置され、
    前記配線基板の前記第1配線層と前記第2配線層と前記貫通配線は、前記第1スイッチング素子と前記第1キャパシタと前記半導体レーザユニットとを含む第1導電ループと、前記第2スイッチング素子と前記第2キャパシタと前記半導体レーザユニットとを含む第2導電ループを構成する、
    半導体レーザ装置。
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