JP2870082B2

JP2870082B2 - 半導体レーザ

Info

Publication number: JP2870082B2
Application number: JP2009629A
Authority: JP
Inventors: 浩治岩本; 望山口; 邦夫坪井; 成栄槇口; 有男三田; 勲本堀
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH03214684A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は半導体レーザに係わる。

〔発明の概要〕

本発明はストライプ状の発光動作領域を有する半導体
レーザにおいて、この半導体レーザ表面に設けられた電
極金属層に対して複数のリードワイヤをそれぞれの各ボ
ンディング位置が上記発光動作領域に対応する部分上に
おいて点在配置するようにリード導出がなされたことに
より、この発光動作領域における電流密度分布を均一化
して、光強度分布の均一化等光学的特性の向上をはか
り、信頼性及び歩留りの向上をはかる。

また他の本発明においては、単数若しくは複数のスト
ライプ状の発光動作領域を有する半導体レーザにおい
て、この半導体レーザ表面に設けられた電極金属膜に対
して複数の平行弾性脚片を有する金属リードにより、そ
の平行弾性脚片が上記発光動作領域に対応する部分上に
おいて圧接されてリード導出がなされたことにより、大
電流を供給することを可能とし、不良品の発生を回避し
て、信頼性及び歩留りの向上をはかる。

〔従来の技術〕

半導体レーザにおいて、医療用又は産業用等の高出力
レーザを必要とする場合には、活性層の発光動作領域の
幅が幅広とされたブロードエリアレーザや、複数個のレ
ーザ発光部領域を配列させて、全体として高出力レーザ
としたいわゆるレーザダイオードアレイ等が用いられて
いる。このような高出力レーザを得る場合は、半導体レ
ーザダイオードに比較的大きい電流を供給する必要があ
る。

従来のブロードエリア型半導体レーザの電極への各配
線態様を第８図の平面図を参照して説明する。

第８図において、（１）は半導体レーザを示し、破線
ａで示す領域内にストライプ状の発光動作領域（４）が
形成され、この発光動作領域（４）の幅W₇は例えば出力
3W程度のブロードエリアレーザの場合、約600μｍであ
る。半導体レーザ（１）の例えばカソード（ｎ側）上面
には斜線を付して示すように、ストライプ状発光動作領
域（４）上を横切るように、例えばAuより成る電極金属
層（２）が蒸着等により被着形成される。この電極金属
層（２）の上に、その出力に見合う電流を流し得る本
数、例えば図においては６本の、直径25μｍ程度のAuよ
り成るリードワイヤ（３）を超音波溶接等によりボンデ
ィングする。このとき、リードワイヤ（３）を溶接する
位置は、活性層の発光動作領域（４）に対して超音波溶
接時に与える影響を回避するため、発光動作領域（４）
上を避けて、その両側に例えば各１列にボンディングし
て、これによりｎ側電極のリード導出がなされる。

しかしながらこのような配線態様において半導体レー
ザのリード導出をなす場合、次のような問題がある。

すなわちこの場合、その発光動作領域（４）の横方向
（幅方向）における、レーザ光の光強度分布は第９図に
示すように、発光動作領域（４）の端部で大となり、中
間部で小となっている。この光強度分布の不均一性は、
発光動作領域（４）の幅が広くなる程、顕著に現われ
る。この発光動作領域（４）の端部における光強度の増
大は、この端部における結晶性の劣化を引き起こすと考
えられ、また、この光の不均一性は特性上問題がある。

本発明者らは半導体レーザ（１）の端面におけるニア
フィールドパターンの詳細な観察と諸種の実験考察を重
ねた結果、この光強度の不均一性が、電流源であるリー
ドワイヤのボンディング位置に因ることを究明した。

一方、前述したように高出力レーザとしてダイオード
アレイ型半導体レーザ構造を採る場合、複数の半導体レ
ーザ素子或いは複数の発光動作領域（４）が配列されて
成り、それぞれのレーザ素子或いは発光動作領域（４）
に関してリードワイヤ（３）が導出される。

この場合、リードワイヤの本数が多数となり、作業性
の低下及び不良品の発生を招来し、生産性の劣化を招く
という問題が生じる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述したような問題を解決して、活性層の
発光動作領域内の幅方向において均一な光強度を保持
し、またそのリードワイヤの配線接続作業を簡便化する
ことにより、特性の劣化及び不良品の発生を回避して、
生産性の向上をはかる。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、例えば第１図Ａ及びＢにその略線的拡大平
面図を、そして第２図にその略線的拡大断面図を示すよ
うに、ストライプ状の発光動作領域（４）を有する半導
体レーザ（１）において、半導体レーザ（１）表面に設
けられた電極金属層（２）に対して複数のリードワイヤ
（３）をそれぞれその各ボンディング位置が、発光動作
領域（４）に対応する部分上において点在配置するよう
にリード導出がなされる。

或いは例えば第４図にその略線的拡大平面図を、そし
て第５図にその略線的拡大断面図を示すように、単数若
しくは複数のストライプ状の発光動作領域（４）を有す
る半導体レーザ（１）において、半導体レーザ（１）表
面に設けられた電極金属膜（2a）に対して複数の平行弾
性脚片（31）を有する金属リード（30）によって、その
平行弾性脚片（31）が１つの発光動作領域（４）に対応
する部分上に対して複数本、若しくは多数の発光動作領
域（４）に対応する部分上に対して個々に圧接されてリ
ード導出がなされる。

〔作用〕

上述したように本発明による半導体レーザは、第１図
Ａ又はＢにその平面図を示すように、リードワイヤ
（３）のダイボンド位置を半導体レーザ（１）の発光動
作領域（４）上に点在させることにより、幅広は発光動
作領域（４）を有するブロードエリアレーザにおいて
も、その発光動作領域（４）の幅方向に関して均一な電
流分布すなわち利得分布を得ることができて、これによ
り均一な光強度分布を得ることができる。

この場合、リードワイヤ（３）を電極金属層（２）上
の発光動作領域（４）の上方において超音波溶接等によ
り接続を行うにもかかわらず、発光動作領域（４）に対
して損傷を与えず、良好なレーザ光を発光することが認
められた。

このように、光強度分布の不均一性が回避されたこと
によって、発光動作領域の端部における結晶の劣化を回
避して特性の向上をはかることができた。

また或いは、第４図に示すように、単数又はこの場合
複数の発光動作領域（４）を有する半導体レーザ（１）
において、平行弾性脚片（31）を有する金属リード（3
0）を、半導体レーザ（１）の発光動作領域上に圧接し
てリード導出をなすことにより、多数のリードワイヤを
ボンディングすることなく、大電流を通電させることを
可能にし、作業性及び生産性の向上をはかることができ
る。

この場合のリード導出部の電気抵抗は、金属リード
（30）と電極金属膜（2a）との間の接触抵抗となる。そ
こで、金属リード（30）の加える荷重と接触抵抗との関
係を見ると第７図に示すように、荷重が大である程、接
触抵抗が小となる。従って、金属リード（30）は、半導
体レーザ（１）に対して結晶に歪み等を生じさせない程
度の荷重を加え得る弾力性を長時間保持することが望ま
れるが、適切な材質及び構造をとることにより、半導体
レーザ（１）への結晶の歪み等を生じることなく、充分
小さい接触抵抗を得ることができた。

〔実施例〕

実施例１本発明による半導体レーザの一例の略線的拡大平面図
を第１図Ａに示す。

第１図Ａにおいて、（１）は例えば出力1Wの半導体レ
ーザで、第１図Ａ中破線ａで示す領域は、発光動作領域
（４）を示し、この場合その幅W₁は約200μｍである。

このような半導体レーザ（１）の略線的拡大断面図を
第２図に示す。第２図において、（21）は例えばGaAsよ
り成るサブストレイト、（22）は例えばGaAsより成るバ
ッファ層、（23）は第１導電型例えばｎ型のAlGaAsクラ
ッド層、（24）は例えばGaAs活性層、（25）は第２導電
型例えばｐ型のAlGaAsクラッド層、（26）はｎ型のGaAs
キャップ層である。（27）は、例えばこのキャップ層
（26）及びｐ型のクラッド層（25）とに跨って不純物注
入、或いはプロトンの打ち込み等により形成された、ｎ
型又は高抵抗の電流狭窄領域で、この電流狭搾領域（2
7）によって活性層（24）の中央部の斜線を付して示し
た部分が、幅W₁を有する主たる発光動作領域（４）とな
る。

第１図Ａに示すように、この半導体レーザ（１）の例
えばｎ側すなわちサブストレイト（21）の裏面（第２図
において上面）に、例えばAuよりなる電極金属層（２）
が蒸着等によりオーミックに被着形成される。この電極
金属層（２）の、発光動作領域（４）に対応する部分上
に、点在するように、この隣り合うボンディング位置の
W₂及びW₃が、できるだけ均等、例えば夫々100μｍとな
るようなボンディング位置を選定して、Au等よりなる例
えば直径25μｍのリードワイヤ（３）を超音波溶接等に
よりボンディングして、リード導出を行う。

このようにしてリード導出を行う半導体レーザ（１）
は、あらかじめヒートシンク上にマウントされる。その
例を第３図の側面図を参照して説明する。

この場合、第３図に示すように、半導体レーザ（１）
のｐ側すなわちこの場合半導体レーザ（１）のキャップ
層（26）側が、Sn等よりなるはんだ（５）と、図示しな
いがオーミックメタル等を介して、ｐ側電極となるヒー
トシンク（６）上の前端縁上にマウントされる。

このとき、半導体レーザ（１）の動作領域（４）の前
後両端面からレーザ光L_f及びL_bを発光して、後部から発
光された光L_bをPINダイオード（７）に受光させて、こ
のPINダイオード（７）の出力をフィードバックして半
導体レーザ（１）の光出力を一定とすることができる。
この場合、半導体レーザ（１）の後方のヒートシンク
（６）の上面を斜面（6a）とし、又は図示しないが階段
状等にすることによって、レーザ光L_bがヒートシンク
（６）上のはんだ（５）の盛り上がり等による影響を受
けることなく、良好にPINダイオード（７）へ入力させ
ることができた。

実施例２本発明による半導体レーザの他の例を、第１図Ｂの平
面図に示す。

第１図Ｂにおいて第１図Ａ及び第２図に示した部分と
対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。

この場合、（１）は例えば出力3Wの半導体レーザで、
その発光動作領域（４）の幅W₄は、約300μｍである。

この半導体レーザ（１）のｎ側すなわちサブストレイ
ト（21）に形成されたAu等よりなる電極金属層（２）上
に点在するように、例えば２行３列に、その行間隔W₅及
び列間隔W₆を互いに等間隔の、例えば100μｍとして、A
u等よりなる例えば直径25μｍのリードワイヤ（３）を
超音波等によりボンディングする。

このようなボンディング位置を選定することにより、
発光動作領域（４）の幅方向に関して光強度が均一なレ
ーザ光を得ることができた。

実施例３本発明による半導体レーザの他の例を第４図の略線的
拡大平面図を参照して説明する。

第４図において、（１）は、例えば出力20W程度で、
最大出力25W程度のダイオードアレイ型の半導体レーザ
である。この半導体レーザ（１）は、例えば１個1Wのレ
ーザ素子が、20個配列されてなるか、或いは第５図にそ
の要部の略線的拡大断面図を示すように、電流狭搾領域
（27）によって、発光動作領域（４）が複数箇所配列形
成された構成をとることができる。

第５図において、第２図で説明した部分に対応する部
分には同一符号を付して重複説明を省略する。

この半導体レーザ（１）は、例えば第６図にその側面
図を示すように、例えばｐ側すなわちキャップ層（26）
側を、図示しないがオーミックメタルと、Sn等よりなる
はんだ（５）によってヒートシンク（６）に接合され
る。

このような半導体レーザ（１）の上に、Au等よりなる
電極金属膜（2a）を介して金属リード（30）を接触させ
て、リード導出を行う。

この金属リード（30）は、第４図に示すように、例え
ば厚さが0.05mm、一辺の長さL₁が7mm、他辺の長さL₂が1
0mmの、例えばベリリウム銅BeCuより成る長方形の弾性
金属薄板の、一側縁側を連結部（32）として残して、例
えば長さL₃が5mm、幅W₉が0.45mmの複数本、例えば20本
の平行弾性脚片（31）が、幅W₁₀が0.05mmの間隔をもっ
て、例えばフォトリソグラフィーによるパターンエッチ
ングによって櫛状に形成される。さらにこの金属リード
（30）に全面的にAu等のメッキが施される。

このような金属リード（30）の複数の平行弾性脚片
（31）を、ヒートシンク（６）上の半導体レーザ（１）
の電極金属膜（2a）上の各発光動作領域（４）に対応す
る部分上に圧接させてリード導出をなす。

一方、金属リード（30）は、平行弾性脚片（31）の連
結部（32）に於て、絶縁物（34）を介してCu等よりなる
電極（33）の側面に例えば嵌め込み或いははんだ等によ
り電気的及び機械的に連結される。この電極（33）は、
Cu等よりなるヒートシンク（６）上に載置された状態
で、例えばねじ（36）により固定される。絶縁物（34）
は、半導体レーザ（１）と同様にはんだ（５）により接
合される。

このような構成によって金属リード（30）によるリー
ド導出を行った場合、その接触抵抗を、10A通電時で0.0
1Ω程度とすることができ、また半導体レーザ（１）へ
荷重を加えても、結晶劣化等の損傷を与えることがなか
った。

なお上述した例においては、金属リード（30）の構成
材料としてBeCuを用いたが、その他良好な電気伝導度及
び接触抵抗を低減下するために長期間荷重を加圧し得る
弾性力をもった材料であれば良い。

また、本発明を適用する半導体レーザ（１）としては
上述した例に限らず、種々の構造による半導体レーザに
適用し得る。

〔発明の効果〕

上述したように本発明による半導体レーザは、第１図
Ａ及びＢにその平面図を示すように、リードワイヤ
（３）のダイボンド位置を半導体レーザ（１）の発光動
作領域（４）上に点在させることにより、幅広な発光動
作領域（４）を有するブロードエリアレーザにおいて
も、その発光動作領域（４）の横（幅）方向に関して均
一な電流分布すなわち利得分布を得ることができて、こ
れにより均一な光強度分布を得ることができる。また、
リードワイヤ（３）を電極金属層（２）上の発光動作領
域（４）の上方において超音波溶接等により接続を行う
にもかかわらず、発光動作領域（４）に対して損傷を与
えず、良好なレーザ光を発光することが認められた。

このように、光強度分布の不均一性が回避されたこと
によって、発光動作領域の端部における結晶の劣化を回
避して、長時間動作の信頼性の向上をはかると共に、さ
らに発光動作領域の端面における光強度で決定される最
大光出力の向上、又定格出力時における動作電流の低減
化等、特性の向上をはかることができた。

また或いは、第４図及び第５図に示すように、単数又
はこの場合複数の発光動作領域（４）を有する半導体レ
ーザ（１）において、平行弾性脚片（31）を有する金属
リード（30）を、半導体レーザ（１）の発光動作領域上
に圧接してリード導出をなすことにより、多数のリード
ワイヤをボンディングすることなく、大電流を通電させ
ることを可能にし、またボンディング不良による不良品
の発生を回避して、作業性及び生産性さらに歩留りの向
上をはかることができた。

また、この金属リード（30）の構成材料を、適切な弾
力性を有する材料、例えばBeCuとすることにより、充分
小さい接触抵抗を得ることができ、半導体レーザ（１）
の結晶への歪み等の影響がワイヤボンディングより小と
なり、信頼性の向上をはかることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ及びＢは、本発明による半導体レーザの略線的
拡大平面図、第２図はその要部の略線的拡大断面図、第
３図はその略線的拡大側面図、第４図は本発明による他
の例の半導体レーザの略線的拡大平面図、第５図はその
要部の略線的拡大断面図、第６図はその略線的拡大側面
図、第７図は荷重と接触抵抗の関係を示す図、第８図は
従来の半導体レーザの略線的拡大平面図、第９図はブロ
ードエリアレーザにおける発光動作領域横方向の光強度
分布を示す図である。（１）は半導体レーザ、（２）は電極金属層、（2a）は
電極金属膜、（３）はリードワイヤ、（４）は発光動作
領域、（５）ははんだ、（６）はヒートシンク、（6a）
は斜面、（７）はPINダイオード、（21）はサブストレ
イト、（22）はバッファ層、（23）はｎ型クラッド層、
（24）は活性層、（25）はｐ型クラッド層、（26）はキ
ャップ層、（27）は電流狭窄領域、（30）は金属リー
ド、（31）は平行弾性脚片、（32）は連結部、（33）は
電極、（34）は絶縁物、（36）はねじ、W₁,W₂,W₃,W₄,
W₅,W₆,W₇,W₉,W₁₀は幅、L₁,L₂,L₃は長さ、L_f及びL_bはレ
ーザ光である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者槇口成栄宮城県白石市東町４―１―14 ソニー白石セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者三田有男宮城県白石市東町４―１―14 ソニー白石セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者本堀勲東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01S 3/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ストライプ状の発光動作領域を有する半導
体レーザにおいて、上記半導体レーザ表面に設けられた電極金属層に対して
複数のリードワイヤをそれぞれその各ボンディング位置
が、上記発光動作領域に対応する部分上において点在配
置するようにリード導出がなされたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】単数若しくは複数のストライプ状の発光動
作領域を有する半導体レーザにおいて、上記半導体レーザ表面に設けられた電極金属膜に対して
複数の平行弾性脚片を有する金属リードにより、上記平
行弾性脚片が、上記発光動作領域に対応する部分上にお
いて圧接されてリード導出がなされたことを特徴とする半導体レーザ。