JP3660305B2

JP3660305B2 - 半導体レーザ装置の製造方法

Info

Publication number: JP3660305B2
Application number: JP2002006030A
Authority: JP
Inventors: 君男鴫原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-06-15
Also published as: JP2002208751A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や光ディスク用の光源となる半導体レーザ装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は従来例の半導体レーザ装置を示す断面図である。図９において、１はステム、２，３，４はボンディングポスト、５はキャップ、６はガラス、７はホトダイオード取付け台、８はホトダイオード素子用サブマウント、９はホトダイオード、１０はブロック、１１はレーザダイオード素子用サブマウント、１２はレーザダイオード素子、１３は前面光、１４は後面光、１５は反射による戻り光である。
【０００３】
上記半導体レーザ装置において、レーザダイオード素子１２は、通常へき開にて端面を作製するため、１個の素子で前端面と後端面の２つの端面を有する。よって、レーザダイオード素子１２の駆動時には、前面光１３と後面光１４の両方が発生することになる。前面光１３の強度と後面光１４とは１対１のリニアな関係にあるので、後面光１４をホトダイオード９で受け、該ホトダイオード９で発生するモニター電流を検出して、レーザダイオード素子１２への駆動電流を前記モニター電流が常に一定になるように制御しながら流せば、前面光１３の強度は常に一定となる（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ：以下、ＡＰＣ制御と称す）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来例の半導体レーザ装置では、レーザダイオード素子１２の前面光１３が自由空間に放出されるような場合であれば、戻り光１５が存在しないので容易にＡＰＣ制御することができる。しかしながら、通常のレーザダイオード素子１２は、光学系を通して光ファイバや光ディスクと結合するような構造として使用されることが多い。この場合、前記光学系、光ファイバおよび光ディスクから反射があり、これが戻り光１５となってレーザダイオード素子１２に返って来る。該戻り光１５がレーザダイオード素子１２へ与える影響は２種類あって、１つには、レーザダイオード素子１２の端面に直接返ってきてレーザダイオード素子１２の発振特性を変化させるものであり、もう１つは、直接ホトダイオード９へ入ってモニター電流を変化させるものである。後者の場合は、見かけ上、モニター電流が増えるので、正確なＡＰＣ制御ができなくなるといった欠点があった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑み、戻り光を遮光して正確なＡＰＣ制御を可能にし得る半導体レーザ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る課題解決手段は、レーザ素子、遮光部材及びマウント部材を有し、かつ上面視上において前記マウント部材が前記レーザー素子及び前記遮光部材よりも大きい半導体レーザ装置の製造方法であって、レーザ素子の上面に第１の半田を介して遮光部材を搭載する工程と、マウント部材の上面に第２の半田を介して前記遮光部材を搭載した前記レーザ素子を搭載する工程と、前記レーザ素子の後端面側に光強度モニタ用受光素子が配されるように前記レーザ素子を配置することにより前記レーザ素子の前端面側と前記受光素子との間に前記遮光部材を介在させる工程とを備え、前記遮光部材を搭載する工程において、前記第１の半田に前記第２の半田より高融点のものを使用する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［第１の実施例］
（構成）
図１および図２は本発明の第１の実施例を示す図である。本実施例の半導体レーザ装置は、光学系を通して光ファイバや光ディスクと結合するようにして使用されるもので、端面発光型レーザ素子２１（レーザダイオードチップ）と、該レーザ素子２１の後端面側（後方）に配された光強度モニタ用受光素子２２（ホトダイオード）と、前記レーザ素子２１の前端面側（前方）と前記受光素子２２との間で光を遮蔽する遮光部材２３とを備えたものである。
【０００８】
前記レーザ素子２１はその端面がへき開にて形成され前後両端面方向へ光を発するよう構成される。該レーザ素子２１の裏面電極は、図４および図５に示した半田３５（第２の半田）にて銅−タングステン等からなる放熱用サブマウント２４（第１のマウント部材）の上面に接着されている。該サブマウント２４は、ブロック２５（第２のマウント部材）を介して例えば円板状のステム２６の中央部に図４および図５に示した半田３４（前記半田３５と同様の第２の半田）にて接着されている。なお、図２中の２１ａはレーザ素子２１の発光領域である。
【０００９】
前記受光素子２２は、前記レーザ素子２１からの後面光をモニター光として検出しその強度を制御するために用いるもので、表面周囲部が金属膜等で覆われることで表面中央部に所定の径の受光領域２７を有している。該受光素子２２の裏面電極は図示しない半田等にて放熱用サブマウント２８の上面に接着されている。なお、前記サブマウント２８は板状の取付け台２９を介して前記ステム２６の中央部の図示しない電極に接着されてＡＰＣ制御回路ＳＣに接続される。該ＡＰＣ制御回路ＳＣは、前記受光素子２２からのモニター電流値を検出する電流検出手段Ｓｃ１と、該電流検出手段Ｓｃ１での検出結果に基づいて前記モニター電流が常に一定になるように前記レーザ素子２１への駆動電流を制御する駆動制御手段Ｓｃ２とを備える。該駆動制御手段Ｓｃ２は前記レーザ素子２１を駆動する駆動回路ＤＣに接続される。
【００１０】
前記遮光部材２３は、例えば図３乃至図５の如く、前記放熱用サブマウント２４と同様の銅−タングステン等の金属板２３ａと、該金属板２３ａの上下両面に形成されたチタン−金等の金属薄膜２３ｂ，２３ｂとから構成されており、図３、図４および図５に示した半田３３（第１の半田）にて前記レーザ素子２１の上面電極に接着され、ボンディングワイヤ３１を介して前記ステム２６のポスト３２に接続される。前記半田３３の融点は、前記半田３４，３５に比べて高温度に設定される。また、該遮光部材２３の幅は、前記受光素子２２の受光領域の径より大きく形成され、具体的には、前記レーザ素子２１の幅より大とされ、前記レーザ素子２１用サブマウント２４の幅と略同等とされている。また、該遮光部材２３の奥行きは、前記レーザ素子２１の上面電極との接続抵抗が増大しない程度であればよく、例えば前記レーザ素子２１の奥行きと略同等とされている。
【００１１】
（製造方法）
まず、遮光部材２３の一方の金属薄膜２３ｂの表面に高融点の半田３３を塗布し、図３の如く、遮光部材２３を半田３３が上面側となるよう配置して、半田３３の上面にレーザ素子２１をその上面電極が接するように載置する。そして、半田３３の溶融温度まで昇温して遮光部材２３とレーザ素子２１をダイボンディングする。次にブロック２５の上面に半田３４を介してサブマウント２４を載置し、さらにサブマウント２４の上面に半田３５を介して一体となった遮光部材２３およびレーザ素子２１を載置する。このとき、図４の如く、レーザ素子２１の裏面電極がサブマウント２４の上面の半田３５に接するように上下反転させて載置する。しかる後、半田３３，３４，３５の溶融温度まで昇温してブロック２５とサブマウント２４、およびサブマウント２４とレーザ素子２１の裏面電極を夫々ダイボンディングする。そして、一体となった遮光部材２３、レーザ素子２１、サブマウント２４およびブロック２５を、予め受光素子２２が取り付けられたステム２６に取り付け、図１、図２および図５の如く、ボンディングワイヤ３１を接続する。そして、ステム２６の背面からＡＰＣ制御回路ＳＣおよび駆動回路ＤＣを接続し、半導体レーザ装置は完成する。
【００１２】
ここで、遮光部材２３のレーザ素子２１上へのマウントを高融点の半田３３を用いて行っているので、さらに遮光部材２３上に別のチップ等を搭載したい場合に、半田３３よりも低融点の半田を用いて搭載すれば、半田３３の溶融温度より低い温度でチップ等を半田付けできる。すなわち、半導体レーザ装置に他の機能を付加することが容易に可能となり、設計の自由度が増す。また、高融点半田を用いることで、低融点半田を用いる場合に比べて半田の経時的変化によるウィスカー（髭状の突起）の成長を防止でき、レーザ素子の他の部材とのショートを防止できる。
【００１３】
（使用方法）
上記半導体レーザ装置において、レーザ素子２１の駆動時には、図１の如く、前面光ｃｈ１と後面光ｃｈ２の両方が発生する。前面光ｃｈ１の強度と後面光ｃｈ２とは１対１のリニアな関係にあるため、後面光ｃｈ２を受光素子２２で受け、受光素子２２で発生するモニター電流をＡＰＣ制御回路ＳＣで検出して、駆動回路ＤＣでのレーザ素子２１への駆動電流をモニター電流が常に一定になるように制御し、前面光ｃｈ１の強度を常に一定となるようＡＰＣ制御する。
【００１４】
ここで、光学系を通して光ファイバや光ディスクと結合するようにして使用する場合、光学系、光ファイバまたは光ディスクから反射があり、これが戻り光ｃｈ３となってレーザ素子２１に返って来る。また、戻り光ｃｈ３に外乱光が含まれることもある。このとき、戻り光ｃｈ３は遮光部材２３の前面に当たって遮光されるため、受光素子２２への入射を阻止される。したがって、後面光ｃｈ２を受光素子２２で受けてＡＰＣ制御する際に、戻り光ｃｈ３の影響をなくすことができ、精度良いＡＰＣ制御が可能となる。
【００１５】
［第２の実施例］
図６は本発明の第２の実施例を示す図である。本実施例の半導体レーザ装置は、端面発光型レーザ素子２１（レーザダイオードチップ）と、該レーザ素子２１の後端面側（後方）に配された光強度モニタ用受光素子２２（ホトダイオード）と、前記レーザ素子２１の前端面側（前方）と前記受光素子２２との間で光を遮蔽する遮光部材とを備えたものである点で、第１の実施例と同様であるが、第１の実施例では前記遮光部材を金属板およびその上下両面の金属薄膜で構成していたのに対し、本実施例では前記遮光部材を結線帯４１（導電リボン）で構成する点が異なる。
【００１６】
該結線帯４１は、可塑変形可能な金等の導電性の良い金属で構成され、その一端がレーザ素子２１の表面電極に他端がステム２６のポスト３２に夫々半田等を介して接続されて、前記レーザ素子２１への給電機能を有せしめられる。また、前記結線帯４１の幅は、前記受光素子２２の受光領域２７の径より大きく形成されている。ここで、ステム２６のポスト３２は前記受光素子２２の上方に配置されており、結線帯４１が上記のように接続されることで、前記受光素子２２の受光領域２７の前方は結線帯４１により遮蔽される。その他の構成は第１の実施例と同様であるため、その説明は省略する。
【００１７】
本実施例において、前方から戻り光ｃｈ３が進入してきても、該戻り光ｃｈ３は遮光部材としての結線帯４１の前面に当たって遮光されるため、第１の実施例と同様に受光素子２２への入射を阻止される。したがって、後面光ｃｈ２を受光素子２２で受けてＡＰＣ制御する際に、戻り光ｃｈ３の影響をなくすことができ、精度良いＡＰＣ制御が可能となる。
【００１８】
また、本実施例では、結線帯４１を通じて給電を行うので、結線帯４１以外にボンディングワイヤを結線する必要がなくなる。
【００１９】
［第３の実施例］
図７および図８は本発明の第３の実施例を示す図である。本実施例の半導体レーザ装置は、端面発光型レーザ素子２１（レーザダイオードチップ）と、該レーザ素子２１の後端面側（後方）に配された光強度モニタ用受光素子２２（ホトダイオード）と、前記レーザ素子２１の前端面側（前方）と前記受光素子２２との間で光を遮蔽する遮光部材２３とを備えたものである点で、第１の実施例と同様であるが、第１の実施例では遮光部材２３の幅を前記レーザ素子２１の幅より大としていたのに対し、本実施例では前記レーザ素子２１の幅より小でかつ受光素子２２の受光領域２７の径より大としている点が異なる。また、本実施例では、ステム２６のポスト３２との間に結線されるボンディングワイヤ３１は、前記レーザ素子２１の露出した上面に直接接続される。すなわち、第１の実施例では遮光部材２３を導電部材として機能させていたのに対し、本実施例では、遮光部材２３を導電部材として機能させる必要がなくなり、安価な材料を用いることで、部材コストを低減できる。また、ボンディングワイヤ３１にて直接レーザ素子２１に接続されるので、電気的接続に遮光部材２３を介在させていた第１の実施例に比べて、電気的抵抗を低減できる。
【００２０】
本実施例において、前方から戻り光ｃｈ３が進入してきても、該戻り光ｃｈ３は遮光部材２３の前面に当たって遮光されるため、第１の実施例と同様に受光素子２２への入射を阻止される。したがって、後面光ｃｈ２を受光素子２２で受けてＡＰＣ制御する際に、戻り光ｃｈ３の影響をなくすことができ、精度良いＡＰＣ制御が可能となる。
【００２１】
［変形例］
（１）図３乃至図５に示すように、第１の実施例において、遮光部材を金属板および該金属板の上下両面の金属薄膜で構成していたが、金属板のみで構成してもよい。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の請求項１によると、遮光部材のレーザ素子上へのマウントを高融点の第１の半田を用いて行っているので、さらに遮光部材上にチップ等を搭載したい場合に、低融点半田を用いて搭載すれば、第１の半田の溶融温度より低い温度でチップ等を半田付けできる。すなわち、半導体レーザ装置に他の機能を付加することが容易に可能となり、設計の自由度が増す。また、高融点半田を用いることで、低融点半田を用いる場合に比べて、半田の経時的変化によるウィスカーの発生を防止でき、レーザ素子の他の部材とのショートを防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施例の半導体レーザ装置の要部を示す正面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施例の半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図である。
【図５】本発明の第１の実施例の半導体レーザ装置の製造工程を示す斜視図である。
【図６】本発明の第２の実施例の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図７】本発明の第３の実施例の半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図８】本発明の第３の実施例の半導体レーザ装置の要部を示す正面図である。
【図９】従来例の半導体レーザ装置の側面視断面図である。
【符号の説明】
２１レーザ素子、２２受光素子、２３遮光部材、２４，２５マウント部材、２７受光領域、３４，３５第１の半田、４１結線帯。

Claims

レーザ素子、遮光部材及びマウント部材を有し、かつ上面視上において前記マウント部材が前記レーザー素子及び前記遮光部材よりも大きい半導体レーザ装置の製造方法であって、
レーザ素子の上面に第１の半田を介して遮光部材を搭載する工程と、
マウント部材の上面に第２の半田を介して前記遮光部材を搭載した前記レーザ素子を搭載する工程と、
前記レーザ素子の後端面側に光強度モニタ用受光素子が配されるように前記レーザ素子を配置することにより前記レーザ素子の前端面側と前記受光素子との間に前記遮光部材を介在させる工程とを備え、
前記遮光部材を搭載する工程において、前記第１の半田に前記第２の半田より高融点のものを使用する半導体レーザ装置の製造方法。
請求項１に記載の半導体レーザ装置の製造方法であって、
前記レーザ素子の端面においては、発光領域が前記遮光部材寄りに位置している、半導体レーザ装置の製造方法。