JP3062855B2 - 半導体レーザ装置および光送信装置 - Google Patents

半導体レーザ装置および光送信装置

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JP3062855B2 JP4235680A JP23568092A JP3062855B2 JP 3062855 B2 JP3062855 B2 JP 3062855B2 JP 4235680 A JP4235680 A JP 4235680A JP 23568092 A JP23568092 A JP 23568092A JP 3062855 B2 JP3062855 B2 JP 3062855B2
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誠 嶋岡
和之 福田
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置に係
り、特に、半導体レーザ素子の実装構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来の半導体レーザ装置の実装
構造の一例を示す図である。従来の半導体レーザ装置に
おいては、半導体レーザ素子1の上面電極3と外部電極
13とが、同一平面上に設置され、ボンディングワイヤ
5により接続されていた。この種の従来技術を示す文献
としては、伊藤良一,中村道治共著 『半導体レーザ』
(培風館 1989/4/25発行 p.232.236参照)等がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、半導
体レーザ素子1の電極3と外部電極13とを同一平面上
に設置した状態で、ボンディングワイヤ5により接続し
てあるため、両電極3と13との間のボンディングワイ
ヤ5が長くなり、寄生インダクタンスが大きく、高周波
特性が悪いという問題があった。
【0004】本発明の目的は、ボンディングワイヤが長
いことに起因する寄生インダクタンスを減らした半導体
レーザ装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、金属製のL字型ヒートシンクと、上面お
よび下面をメタライズされ前記下面を前記ヒートシンク
のL字内側底面に固定された直方体状の絶縁物であるサ
ブキャリアと、上面および下面に電極を有し前記下面を
前記サブキャリアの上面に固定され前記上面電極と前記
ヒートシンクのL字内側側面とが約90゜以下の角度を
なすように設置された半導体レーザ素子とからなり、前
記ヒートシンクのL字内側側面を外部電極として当該外
部電極と前記半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイ
ヤ等で電気的に接続し、前記金属ワイヤと外部電極とを
溶接固定する際に前記金属ワイヤの先端を位置決めする
ための溝を前記外部電極の表面に設けたことを特徴とす
る半導体レーザ装置を提案する。
【0006】本発明はまた、上記課題を解決するため
に、直方体状の金属製ヒートシンクと、一つの面Aと当
該面Aに隣接する一つの面Bとをメタライズにより導通
させ前記面Aの裏面Cを前記面A,Bとは絶縁してメタ
ライズし前記面Cを前記ヒートシンクの一つの面D上に
固定された直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、上
面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの面
B上に固定され前記上面電極と前記ヒートシンクの面D
とが約90°以下の角度をなすように設置された半導体
レーザ素子とからなり、前記面Dを外部電極として当該
外部電極Dと半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイ
ヤ等で電気的に接続し、前記金属ワイヤと外部電極とを
溶接固定する際に前記金属ワイヤの先端を位置決めする
ための溝を前記外部電極の表面に設けたことを特徴とす
る半導体レーザ装置を提供する。該半導体レーザ装置に
おいて、前記直方体状の金属製ヒートシンクに段差を設
け、前記サブキャリアを前記ヒートシンクの下段表面に
固定し、前記半導体レーザ素子の上面電極と前記ヒート
シンクの上段表面とを金属ワイヤ等で電気的に接続する
ことができる。
【0007】本発明はまた、上記課題を解決するため
に、L字内側底面をメタライズし前記L字内側底面とは
電気的に絶縁してかつL字内側側面とL字外側底面とが
導通するようにメタライズされた絶縁物であるL字型サ
ブキャリアと、上面および下面に電極を有し下面を前記
サブキャリアのL字内側底面上に固定され上面電極と前
記ヒートシンクのL字内側側面とが約90°以内の角度
をなすように設置された半導体レーザ素子とからなり、
前記L字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記
半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的
に接続し、前記金属ワイヤと外部電極とを溶接固定する
際に前記金属ワイヤの先端を位置決めするための溝を前
記外部電極の表面に設けたことを特徴とする半導体レー
ザ装置を提供する。
【0008】本発明はまた、上記課題を解決するため
に、L字内側底面をメタライズし前記L字内側底面とは
電気的に絶縁状態で前記L字内側側面とL字上面とが導
通するようにメタライズされた絶縁物であるL字型サブ
キャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキ
ャリアのL字内側底面上に固定され上面電極と前記L字
内側側面とが約90°以内の角度をなすように設置され
た半導体レーザ素子とからなり、前記L字内側側面を外
部電極として当該外部電極と前記半導体レーザ素子の上
面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続し、前記金属ワ
イヤと外部電極とを溶接固定する際に前記金属ワイヤの
先端を位置決めするための溝を前記外部電極の表面に設
けたことを特徴とする半導体レーザ装置を提供する。
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】上記いずれかの半導体レーザ装置と、半導
体レーザ装置に電力を供給する手段と、半導体レーザ装
置から出力されるレーザ光を外部に接続された光ファイ
バに導く光学系を組み合わせれば、本発明独自の光送信
装置が得られる。
【0014】
【作用】図1は、本発明による半導体レーザ装置の実装
構造の基本的考え方を示す図である。本発明において
は、半導体レーザ素子1の上面電極3と外部電極13
が、最大でも直角程度以下の角度をなすように、半導体
レーザ素子1と外部電極13とを配置して固定し、上面
電極3と外部電極13との間をボンディングワイヤ5等
で接続する。
【0015】また、半導体レーザ素子をサブキャリア上
に固定する方式を採用した場合は、半導体レーザ素子お
よびサブキャリアを、例えばコの字型のヒートシンクの
内側に載せ、半導体レーザ素子の上面電極とその上に近
接するヒートシンクのコの字内側の面との間をはんだ等
で接続する方式も採用する。
【0016】このようにすると、半導体レーザ素子の電
極と外部電極との間の接続距離を従来の構造よりもはる
かに短くできるので、寄生インダクタンスが減少し、高
周波特性が向上する。
【0017】
【実施例】次に、図3〜図12を参照して、本発明によ
る半導体レーザ装置の実施例を説明する。これらの実施
例は、特に高周波特性が重要となる高速光通信用半導体
レーザ素子の実装構造に関するものであるが、他の用途
の半導体レーザ装置に対しても本発明が有効であること
は、いうまでもない。
【0018】図3は、本発明による半導体レーザ装置の
第1実施例の実装構造を示す斜視図である。本実施例で
は、半導体レーザ素子1をサブキャリア4の上面7に固
定してある。サブキャリア4は、例えば長さ0.6mm×
幅0.4mm×厚さ0.3mmの大きさのSiC,アルミナ等
の熱伝導性の良いセラミック材からなる。サブキャリア
4の上面7とここでは見えない下面とは、厚さ2μmの
Niめっきおよび厚さ1.5μmのめっきによりメタライ
ズし、コバール製のL字型ヒートシンク6の内側底面に
銀ろうまたははんだで固定してある。ヒートシンク6の
L字内側側面には、ボンディングワイヤ5の先端を位置
決めし固定するための溝8を予め形成してある。
【0019】図4は、第1実施例の半導体レーザ装置の
組立て手順の前半を示す図である。サブキャリア4の上
面7に、Au/SnまたはPb/Sn等のはんだを用い
て、例えば長さ0.3mm×幅0.3mm×厚さ0.1mmの半
導体レーザ素子1を固定する。その後、ワイヤボンダ1
0により、半導体レーザ素子1の上面電極3にAuのワ
イヤ5をボンディングする。
【0020】図5は、第1実施例の半導体レーザ装置の
組立て手順の後半を示す図である。一端を半導体レーザ
素子1の上面電極3に固定され直立しているボンディン
グワイヤ5を曲げ、ヒートシンク6の溝8内に通し、ワ
イヤ5とヒートシンク6とを溶接用レーザ光12により
溶接して接続し、作業を完了する。
【0021】ワイヤ5とヒートシンク6との接続は、ボ
ンディングやはんだ付けでもできるが、その場合は、ヒ
ートシンク6をヒートブロック等で温める必要があるの
で、レーザ溶接に比べて、生産効率が低い。
【0022】図6は、本発明による半導体レーザ装置の
第2実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例に
おいては、ヒートシンク6をL字型ではなく、製作の容
易な直方体とし、サブキャリア4と接合してある。
【0023】図7は、本発明による半導体レーザ装置の
第3実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例に
おいては、図6実施例のヒートシンク6に段差を設け、
サブキャリア4を下段に固定し、ボンディングワイヤ5
を前記段差の上段に固定してある。図7の実施例は、図
6の実施例に比べて、ボンディングワイヤ5の長さをさ
らに短くできる。
【0024】図8は、本発明による半導体レーザ装置の
第4実施例の実装構造を示す正面図である。SiC,ア
ルミナ等の熱伝導性の良いセラミック材でL字型サブキ
ャリア4を作ることは、図3の実施例と同じである。
【0025】しかし、本実施例においては、上面7のみ
ならず、表面14もメタライズして電気線路を形成し、
半導体レーザ素子1およびボンディングワイヤ5をメタ
ライズされた面上に固定してあるので、金属製ヒートシ
ンク6を省き、部品点数を減らすことができる。
【0026】図9は、本発明による半導体レーザ装置の
第5実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例の
ように、図8の実施例からメタライズパターンを変える
と、半導体レーザ素子1の上面とサブキャリア4の底面
メタライズパターン16とを分離し、底面メタライズパ
ターン16を他の構造物への固定に利用することも可能
である。
【0027】図10は、本発明による半導体レーザ装置
の第6実施例の実装構造を示す斜視図であり、図11
は、図10の実施例の正面図である。本実施例において
は、コの字型ヒートシンク6を用い、半導体レーザ素子
1の上面電極3とヒートシンク6のコの字内側上面とを
例えば間隙0.1mm以内に近接させ、その間隙をはんだ
15により接続してある。したがって、接続部分の長さ
をより一層短縮できる。
【0028】図12は、本発明による半導体レーザ装置
を搭載した光送信装置の内部構造を示す断面図である。
すなわち、上記いずれかの半導体レーザ装置をパッケー
ジに組み込んで、光通信用の光送信装置を実現する実施
例を示している。本実施例において、半導体レーザ装置
17から発射されるレーザ光27は、レンズ19により
コリメートされ、光アイソレータ22を通過し、レンズ
20で集光され、光ファイバ18に入射する。なお、図
において、21は気密封止ガラス板、23はモニタ用フ
ォトダイオード、24は温度を制御する電子冷却装置、
25はケース、26は気密封止キャップであり、ケース
25内は例えば窒素ガスで気密封止されている。また、
図12の半導体レーザ装置17は、例えば図3の左側か
ら見た向きで、電子冷却装置24に搭載されている。
【0029】本実施例においても、半導体レーザ素子と
外部電極との間の接続長を従来装置よりも大幅に短くで
きるので、寄生インダクタンスが減少し、高周波特性が
良くなる。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、半導体素子と外部電極
との間の接続長を従来装置よりも短くできるため、寄生
インダクタンスが減少し、高周波特性が改良された半導
体レーザ装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体レーザ装置の実装構造の基
本的考え方を示す図である。
【図2】従来の半導体レーザ装置の実装構造の一例を示
す図である。
【図3】本発明による半導体レーザ装置の第1実施例の
実装構造を示す斜視図である。
【図4】第1実施例の半導体レーザ装置の組立て手順の
前半を示す図である。
【図5】第1実施例の半導体レーザ装置の組立て手順の
後半を示す図である。
【図6】本発明による半導体レーザ装置の第2実施例の
実装構造を示す正面図である。
【図7】本発明による半導体レーザ装置の第3実施例の
実装構造を示す正面図である。
【図8】本発明による半導体レーザ装置の第4実施例の
実装構造を示す正面図である。
【図9】本発明による半導体レーザ装置の第5実施例の
実装構造を示す正面図である。
【図10】本発明による半導体レーザ装置の第6実施例
の実装構造を示す斜視図である。
【図11】図10の実施例の正面図である。
【図12】本発明による半導体レーザ装置を搭載した光
送信装置の内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半導体レーザ素子 2 発光点 3 上面電極 4 サブキャリア 5 ボンディングワイヤ 6 ヒートシンク 7 サブキャリア上面 8 ワイヤ固定用溝 9 溶接部 10 ワイヤボンダ 11 レーザ溶接装置 12 レーザ光 13 外部電極 14 メタライズ部 15 はんだ 16 サブキャリア底面 17 半導体レーザ装置 18 光ファイバ 19 レンズ 20 レンズ 21 気密封止ガラス 22 光アイソレータ 23 モニタ用フォトダイオード 24 電子冷却装置 25 ケース 26 気密封止キャップ 27 レーザ光
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊沢 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−130993(JP,A) 特開 平3−150891(JP,A) 特開 昭49−94293(JP,A) 特開 平2−219290(JP,A) 実開 昭53−94574(JP,U) 実開 平4−48656(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属製のL字型ヒートシンクと、 上面および下面をメタライズされ前記下面を前記ヒート
    シンクのL字内側底面に固定された直方体状の絶縁物で
    あるサブキャリアと、 上面および下面に電極を有し前記下面を前記サブキャリ
    アの上面に固定され前記上面電極と前記ヒートシンクの
    L字内側側面とが約90゜以下の角度をなすように設置
    された半導体レーザ素子とからなり、 前記ヒートシンクのL字内側側面を外部電極として当該
    外部電極と前記半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワ
    イヤ等で電気的に接続し、前記金属ワイヤと外部電極と
    を溶接固定する際に前記金属ワイヤの先端を位置決めす
    るための溝を前記外部電極の表面に設けたことを特徴と
    する半導体レーザ装置。
  2. 【請求項2】 直方体状の金属製ヒートシンクと、 一つの面Aと当該面Aに隣接する一つの面Bとをメタラ
    イズにより導通させ前記面Aの裏面Cを前記面A,Bと
    は絶縁してメタライズし前記面Cを前記ヒートシンクの
    一つの面D上に固定された直方体状の絶縁物であるサブ
    キャリアと、 上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの
    面B上に固定され前記上面電極と前記ヒートシンクの面
    Dとが約90°以下の角度をなすように設置された半導
    体レーザ素子とからなり、 前記面Dを外部電極として当該外部電極Dと半導体レー
    ザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続し
    前記金属ワイヤと外部電極とを溶接固定する際に前記金
    属ワイヤの先端を位置決めするための溝を前記外部電極
    の表面に設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 請求項に記載の半導体レーザ装置にお
    いて、 前記直方体状の金属製ヒートシンクに段差を設け、 前記サブキャリアを前記ヒートシンクの下段表面に固定
    し、 前記半導体レーザ素子の上面電極と前記ヒートシンクの
    上段表面とを金属ワイヤ等で電気的に接続したことを特
    徴とする半導体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 L字内側底面をメタライズし前記L字内
    側底面とは電気的に絶縁してかつL字内側側面とL字外
    側底面とが導通するようにメタライズされた絶縁物であ
    るL字型サブキャリアと、 上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの
    L字内側底面上に固定され上面電極と前記ヒートシンク
    のL字内側側面とが約90°以内の角度をなすように設
    置された半導体レーザ素子とからなり、 前記L字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記
    半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的
    に接続し、前記金属ワイヤと外部電極とを溶接固定する
    際に前記金属ワイヤの先端を位置決めするための溝を前
    記外部電極の表面に設けたことを特徴とする半導体レー
    ザ装置。
  5. 【請求項5】 L字内側底面をメタライズし前記L字内
    側底面とは電気的に絶縁状態で前記L字内側側面とL字
    上面とが導通するようにメタライズされた絶縁物である
    L字型サブキャリアと、 上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアのL字
    内側底面上に固定され上面電極と前記L字内側側面とが
    約90°以内の角度をなすように設置された半導体レー
    ザ素子とからなり、 前記L字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記
    半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的
    に接続し、前記金属ワイヤと外部電極とを溶接固定する
    際に前記金属ワイヤの先端を位置決めするための溝を前
    記外部電極の表面に設けたことを特徴とする半導体レー
    ザ装置。
  6. 【請求項6】 請求項1〜のいずれか一項に記載の半
    導体レーザ装置と、 前記半導体レーザ装置に電力を供給する手段と、 前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を外部に
    接続された光ファイバに導く光学系とからなる光送信装
    置。
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