JP3771609B2 - 半導体レーザ装置及びその組立方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置及びその組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７（ａ）及び（ｂ）は従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図及び断面図である。
図７において、１は半導体レーザ素子、１ａは半導体レーザ素子１のほぼ中心部に存在する活性層、２は半導体レーザ素子１の後端面側に配置された受光素子、３は半導体レーザ素子１を搭載するためのヒートシンク、４は半導体レーザ素子１への給電用ワイヤ、５は半導体レーザ素子１の前面出射光、６は外部からの反射戻り光、７は半導体レーザ素子１の後面出射光、８はステム、９は受光素子２の取付台である。なお、図７（ａ）に示す斜視図にはステム８及び取付台９を省略して示している。
【０００３】
図示構成に係る半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子１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、半導体レーザ素子１の駆動時には、前面出射光５と後面出射光７の両者が発生することになる。
受光素子２はその後面出射光７を受光するので、該受光素子２で発生するモニター電流を検出して、半導体レーザ素子１への駆動電流を上記モニター電流が一定になるように制御しながら流せば、前面出射光５の強度を常に一定に制御（Automatic Power Control ：以下、ＡＰＣ制御と称す）することができる。
【０００４】
ところが、通常、半導体レーザ素子１は、光学系を介して外部の光ファイバや光ディスク、励起対象物等と結合するような構造として使用されることが多く、前面出射光５の強度を常に一定に制御すべく、受光素子２を半導体レーザ素子１の後側に配置した場合に、外部からの反射戻り光６が受光素子２に入り、半導体レーザ素子１の後面出射光７だけを正確に検出することができず、従って、その場合には前面出射光５の強度を正確に制御できなくなるという問題点があった。
【０００５】
このため、図８に示すように、半導体レーザ素子１の上部に、受光素子２に外部からの反射戻り光６が入らないようにダイボンド用遮光部材１０を半田によりダイボンドする方法や、図９に示すように、半導体レーザ素子１の中心部に位置する活性層１ａ上に遮光・給電用リボンワイヤ固定用ポスト１２に接続された遮光用リボンワイヤ１１を全面に亙って熱圧着する方法が考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８及び図９に示す方法では、半導体レーザ素子１に半田や熱圧着によって余分な熱応力が加わることになり、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼす。また、半田として低融点半田を用いた場合には半田の経時的変化によるウイスカー（髭状の突起）の成長により半導体レーザ素子１と他の部材とのジャンクション短絡の危険性があるなどの問題点があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、受光素子に外部からの反射戻り光が入らないように遮光部材を取り付ける際に半導体レーザ素子に悪影響を及ぼすことなく遮光を容易に実現できる半導体レーザ装置及びその組立方法を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、上記遮光部材は、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子上に載置され、活性層以外の部分で加圧固定されることを特徴とする。
また、上記遮光部材として、上記半導体レーザ素子への給電用リボンワイヤを併用したことを特徴とする。
また、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、上記遮光部材は、上記半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付けられてなることを特徴とする。
また、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、上記遮光部材は、コ字形でなり、その両脚部が上記半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設されダイボンディングされてなることを特徴とする。
また、この発明に係る半導体レーザ装置の組立方法は、半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子上に載置し活性層以外の部分で加圧固定して取り付ける工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えたものである。
また、半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付ける工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えたものである。
さらに、半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極 をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材をコ字形で形成し、その両脚部を上記半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設してダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１（ａ）及び（ｂ）は実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図及び断面図である。
図１において、図７（ａ）及び（ｂ）に示す従来例と同一部分と同一符号を付してその説明は省略する。
この実施の形態１に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１の後面出射光７を受光素子２で受光することにより半導体レーザ素子１の前面出射光５を制御する際に、受光素子２に外部からの反射戻り光６を遮光するための遮光部材として、例えば金でなるリボンワイヤ１３を長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向に該半導体レーザ素子１を覆いようにして、活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を避けて半導体レーザ素子１上に固着する。
【００１５】
上記リボンワイヤ１３の素材としての金は、ヤング率の低い柔らかな材料であり、また、半導体レーザ素子１への固着は、活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ１３の両脇だけを熱圧着する。
このようにすることにより、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことなく、外部からの反射戻り光６に対する遮光を容易に実現できると共に、半導体レーザ素子１の前面出射光５を安定して制御することができる。
【００１６】
この場合、上記リボンワイヤ１３の厚さとしては、数１０μｍ〜数１００μｍ程度で良い。外部からの反射戻り光６は、通常、光学系のレンズ１４を介して半導体レーザ素子１へ戻ってくるので、半導体レーザ素子１の活性層１ａからわずかにずれた位置に焦点を結ぶことになる。従って、遮光部材として半導体レーザ素子１上に固着されるリボンワイヤ１３の厚さは数１０μｍ〜数１００μｍ程度であれば、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を十分遮光できる。
【００１７】
次に、上記構成に係る半導体レーザ装置の組立方法について詳述する。
図２（ａ）〜（ｆ）は半導体レーザ装置の組立工程に係るフローを示すものである。
まず、図２（ａ）に示すように、ヒートシンク３に連結されたステム８に設けられた取付台９に半導体レーザ素子１の後面出射光を受光する受光素子２を取り付け、この受光素子２にアノード電極１５をワイヤ１７を用いてワイヤボンディングする。ここで、受光素子２としては、Ｓｉ素材の受光面が５００×５００μｍの角形でなる。なお、図中、１４は半導体レーザ素子１のアノード電極、１６は半導体レーザ素子１のカソード電極及び受光素子２のカソード電極部分を示す。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、上記受光素子２に対し後面出射光を出射するヒートシンク３上の位置に半導体レーザ素子１をＡｕＳｎ半田を用いて３４０℃でダイボンディングする。この半導体レーザ素子１としては、０．８６μｍ帯の出力光を出射するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の材質でなり、そのチップ幅は６００μｍ、チップ厚さは１００μｍ、共振器長は７５０μｍであり、表面から５μｍの深さにレーザ光を放出して導波する活性層１ａが存在する。
【００１９】
そして、図２（ｃ）に示すように、半導体レーザ素子１上に、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、素材が金でなるリボンワイヤ１３の長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を跨ぐようにして載置し（図１（ａ）参照）、活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ１３の両脇だけを熱圧着する。
【００２０】
ここで、上記リボンワイヤ１３は、厚さが１００μｍ、幅が１００μｍ、長さが６００μｍでなり、半導体レーザ素子１への熱圧着温度を２００℃としている。該リボンワイヤ１３の素材としての金は、ヤング率の低い柔らかな材料であり、また、半導体レーザ素子１への固着は、活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ１３の両脇だけを熱圧着するので、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００２１】
その後、図２（ｄ）に示すように、半導体レーザ素子１にアノード電極１４をワイヤ１８を用いて給電用のワイヤボンディングを行う。
そして、図２（ｅ）に示すように、半導体レーザ素子１の前面出射光５の出射側に窓１９ａを設けた封止用のキャップ１９をステム８に溶接で固定し、さらに、図２（ｆ）に示すように、窓１９ａの前面にレンズ１４を配置して光学系と接続する。
【００２２】
従って、この実施の形態１によれば、半導体レーザ素子１上に、長手方向を上記半導体レーザ素子１の活性層１ａの設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子１上を覆い上記受光素子２に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子１の活性層１ａのある中心部を避けて該半導体レーザ素子１上に両脇を圧着するようにして設けたので、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことなく、外部からの反射戻り光６に対する遮光を容易に実現できると共に、半導体レーザ素子１の前面出射光５を安定して制御することができる。
【００２３】
なお、この実施の形態１において、半導体レーザ素子１としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、受光素子２としてＳｉ系のものを用いたが、その他、半導体レーザ素子１としてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の長波半導体レーザ素子やＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系の可視光半導体レーザ素子、受光素子２としてＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系のものを用いた場合にも適用できるのは勿論である。
【００２４】
実施の形態２．
次に、図３は実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態２に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、金ペレット２０を用い、実施の形態１と同様に、この金ペレット２０の長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子１上に載置し、活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該金ペレット２０の両脇だけを熱圧着または超音波圧着する。
【００２５】
ここで、用いる金ペレット２０の大きさは外部からの反射戻り光６を充分に遮光できる大きさを有し、その長手方向の長さは受光素子２の幅相当、厚さは数１０〜数１００程度で良い。
このようにすることにより、実施の形態１と同様にして、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００２６】
実施の形態３．
次に、図４は実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態３に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、ヒートシンク３の両脇に設けた一対のボンディングポスト２２、２２にリボンワイヤ２１を取り付ける。このリボンワイヤ２１は、実施の形態１と同様に、その長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子１上に載置されるようになされており、実施の形態１とは半導体レーザ素子１上に直接熱圧着する必要がない点が異なる。
【００２７】
ここで、用いるリボンワイヤ２１の幅は、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光できる幅で、受光素子２のサイズや配置などによって異なるが、数１０〜数１００程度で良い。
このようにすることにより、実施の形態１のように半導体レーザ素子１上に遮光部材を直接熱圧着する必要がないことから、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることは全くなく、熱応力により半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００２８】
実施の形態４．
次に、図５は実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態４に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、コ字形部材２３を用い、このコ字形部材２３は、実施の形態１と同様に、両脚部間の梁部の長手方向を半導体レーザ素子１の活性層１ａの設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子１上を覆うように両脚部がヒートシンク３上に立設される形でダイボンディングされており、実施の形態１とは半導体レーザ素子１上に直接熱圧着する必要がない点が異なる。
【００２９】
ここで、遮光部材としてのコ字形部材２３は、例えば金属、セラミック等を用いるが、ヒートシンク３へのダイボンディングが可能であれば特に問題はない。また、半導体レーザ素子１とコ字形部材２３の梁部との隙間は、なるべく小さい方が良いが、半導体レーザ素子１への荷重がかからないように、数μｍ〜数１０μｍ程度ある方が好ましい。
このようにすることにより、実施の形態３と同様にして半導体レーザ素子１上に遮光部材を直接熱圧着する必要がないことから、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることは全くなく、熱応力により半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００３０】
実施の形態５．
次に、図６は実施の形態５に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態５に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、リボンワイヤ２４を用い、実施の形態１と同様に、その長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を跨ぐようにして載置し、活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ２４の両脇だけを熱圧着する。また、このとき、実施の形態１のように、半導体レーザ素子１への給電用ワイヤ４を別に設けずにリボンワイヤ２４を給電用ワイヤとしても用いる。
【００３１】
このようにすることにより、実施の形態１と同様にして、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。また、遮光部材としてのリボンワイヤ２４を給電用ワイヤとしても用いるので部品点数を削減できる。
【００３２】
以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置及びその組立方法によれば、半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を避けて該半導体レーザ素子上に両脇を圧着するようにして設けたので、半導体レーザ素子の活性層付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子に悪影響を及ぼすことなく、外部からの反射戻り光に対する遮光を容易に実現できると共に、半導体レーザ素子の前面出射光を安定して制御することができると共に、その組立が極めて容易なものとなる。
【００３３】
また、受光素子に入射する外部からの反射戻り光を遮光する遮光部材として、半導体レーザ素子への給電用ワイヤを併用する場合には部品点数を削減できる。
【００３４】
また、遮光部材を、半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付けた場合や、コ字形でなり、その両脚部が半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設されダイボンディングされて遮光部材の場合には、半導体レーザ素子上に該遮光部材を直接熱圧着する必要がないことから、半導体レーザ素子の活性層付近に熱応力がかかることは全くなく、熱応力により半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図と断面図である。
【図２】 図１に示す半導体レーザ装置の組立方法を説明するフロー図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態５に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図７】 従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図と断面図である。
【図８】 他の従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図９】 さらに他の従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ素子、１ａ 活性層、２ 受光素子、３ ヒートシンク、
５ 前面出射光、６ 外部からの反射戻り光、７ 後面出射光、８ ステム、
１３ リボンワイヤ（遮光部材）、１４ 半導体レーザ素子１のアノード電極、１８ ワイヤ、１９ キャップ、１９ａ 窓、２０ 金パレット（遮光部材）、２１ リボンワイヤ（遮光部材）、２２ ボンディングポスト、２３ コ字形部材（遮光部材）、２４ リボンワイヤ（遮光部材）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置及びその組立方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７（ａ）及び（ｂ）は従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図及び断面図である。
図７において、１は半導体レーザ素子、１ａは半導体レーザ素子１のほぼ中心部に存在する活性層、２は半導体レーザ素子１の後端面側に配置された受光素子、３は半導体レーザ素子１を搭載するためのヒートシンク、４は半導体レーザ素子１への給電用ワイヤ、５は半導体レーザ素子１の前面出射光、６は外部からの反射戻り光、７は半導体レーザ素子１の後面出射光、８はステム、９は受光素子２の取付台である。なお、図７（ａ）に示す斜視図にはステム８及び取付台９を省略して示している。
【０００３】
図示構成に係る半導体レーザ装置において、半導体レーザ素子１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、半導体レーザ素子１の駆動時には、前面出射光５と後面出射光７の両者が発生することになる。
受光素子２はその後面出射光７を受光するので、該受光素子２で発生するモニター電流を検出して、半導体レーザ素子１への駆動電流を上記モニター電流が一定になるように制御しながら流せば、前面出射光５の強度を常に一定に制御（Automatic Power Control ：以下、ＡＰＣ制御と称す）することができる。
【０００４】
ところが、通常、半導体レーザ素子１は、光学系を介して外部の光ファイバや光ディスク、励起対象物等と結合するような構造として使用されることが多く、前面出射光５の強度を常に一定に制御すべく、受光素子２を半導体レーザ素子１の後側に配置した場合に、外部からの反射戻り光６が受光素子２に入り、半導体レーザ素子１の後面出射光７だけを正確に検出することができず、従って、その場合には前面出射光５の強度を正確に制御できなくなるという問題点があった。
【０００５】
このため、図８に示すように、半導体レーザ素子１の上部に、受光素子２に外部からの反射戻り光６が入らないようにダイボンド用遮光部材１０を半田によりダイボンドする方法や、図９に示すように、半導体レーザ素子１の中心部に位置する活性層１ａ上に遮光・給電用リボンワイヤ固定用ポスト１２に接続された遮光用リボンワイヤ１１を全面に亙って熱圧着する方法が考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図８及び図９に示す方法では、半導体レーザ素子１に半田や熱圧着によって余分な熱応力が加わることになり、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼす。また、半田として低融点半田を用いた場合には半田の経時的変化によるウイスカー（髭状の突起）の成長により半導体レーザ素子１と他の部材とのジャンクション短絡の危険性があるなどの問題点があった。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、受光素子に外部からの反射戻り光が入らないように遮光部材を取り付ける際に半導体レーザ素子に悪影響を及ぼすことなく遮光を容易に実現できる半導体レーザ装置及びその組立方法を得ることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、上記遮光部材は、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子上に載置され、活性層以外の部分で加圧固定されることを特徴とする。
また、上記遮光部材として、上記半導体レーザ素子への給電用リボンワイヤを併用したことを特徴とする。
また、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、上記遮光部材は、上記半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付けられてなることを特徴とする。
また、半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、上記遮光部材は、コ字形でなり、その両脚部が上記半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設されダイボンディングされてなることを特徴とする。
また、この発明に係る半導体レーザ装置の組立方法は、半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子上に載置し活性層以外の部分で加圧固定して取り付ける工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えたものである。
また、半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付ける工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えたものである。
さらに、半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極 をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材をコ字形で形成し、その両脚部を上記半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設してダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１（ａ）及び（ｂ）は実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図及び断面図である。
図１において、図７（ａ）及び（ｂ）に示す従来例と同一部分と同一符号を付してその説明は省略する。
この実施の形態１に係る半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子１の後面出射光７を受光素子２で受光することにより半導体レーザ素子１の前面出射光５を制御する際に、受光素子２に外部からの反射戻り光６を遮光するための遮光部材として、例えば金でなるリボンワイヤ１３を長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向に該半導体レーザ素子１を覆いようにして、活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を避けて半導体レーザ素子１上に固着する。
【００１５】
上記リボンワイヤ１３の素材としての金は、ヤング率の低い柔らかな材料であり、また、半導体レーザ素子１への固着は、活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ１３の両脇だけを熱圧着する。
このようにすることにより、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことなく、外部からの反射戻り光６に対する遮光を容易に実現できると共に、半導体レーザ素子１の前面出射光５を安定して制御することができる。
【００１６】
この場合、上記リボンワイヤ１３の厚さとしては、数１０μｍ〜数１００μｍ程度で良い。外部からの反射戻り光６は、通常、光学系のレンズ１４を介して半導体レーザ素子１へ戻ってくるので、半導体レーザ素子１の活性層１ａからわずかにずれた位置に焦点を結ぶことになる。従って、遮光部材として半導体レーザ素子１上に固着されるリボンワイヤ１３の厚さは数１０μｍ〜数１００μｍ程度であれば、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を十分遮光できる。
【００１７】
次に、上記構成に係る半導体レーザ装置の組立方法について詳述する。
図２（ａ）〜（ｆ）は半導体レーザ装置の組立工程に係るフローを示すものである。
まず、図２（ａ）に示すように、ヒートシンク３に連結されたステム８に設けられた取付台９に半導体レーザ素子１の後面出射光を受光する受光素子２を取り付け、この受光素子２にアノード電極１５をワイヤ１７を用いてワイヤボンディングする。ここで、受光素子２としては、Ｓｉ素材の受光面が５００×５００μｍの角形でなる。なお、図中、１４は半導体レーザ素子１のアノード電極、１６は半導体レーザ素子１のカソード電極及び受光素子２のカソード電極部分を示す。
【００１８】
次に、図２（ｂ）に示すように、上記受光素子２に対し後面出射光を出射するヒートシンク３上の位置に半導体レーザ素子１をＡｕＳｎ半田を用いて３４０℃でダイボンディングする。この半導体レーザ素子１としては、０．８６μｍ帯の出力光を出射するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系の材質でなり、そのチップ幅は６００μｍ、チップ厚さは１００μｍ、共振器長は７５０μｍであり、表面から５μｍの深さにレーザ光を放出して導波する活性層１ａが存在する。
【００１９】
そして、図２（ｃ）に示すように、半導体レーザ素子１上に、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、素材が金でなるリボンワイヤ１３の長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を跨ぐようにして載置し（図１（ａ）参照）、活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ１３の両脇だけを熱圧着する。
【００２０】
ここで、上記リボンワイヤ１３は、厚さが１００μｍ、幅が１００μｍ、長さが６００μｍでなり、半導体レーザ素子１への熱圧着温度を２００℃としている。該リボンワイヤ１３の素材としての金は、ヤング率の低い柔らかな材料であり、また、半導体レーザ素子１への固着は、活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ１３の両脇だけを熱圧着するので、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００２１】
その後、図２（ｄ）に示すように、半導体レーザ素子１にアノード電極１４をワイヤ１８を用いて給電用のワイヤボンディングを行う。
そして、図２（ｅ）に示すように、半導体レーザ素子１の前面出射光５の出射側に窓１９ａを設けた封止用のキャップ１９をステム８に溶接で固定し、さらに、図２（ｆ）に示すように、窓１９ａの前面にレンズ１４を配置して光学系と接続する。
【００２２】
従って、この実施の形態１によれば、半導体レーザ素子１上に、長手方向を上記半導体レーザ素子１の活性層１ａの設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子１上を覆い上記受光素子２に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子１の活性層１ａのある中心部を避けて該半導体レーザ素子１上に両脇を圧着するようにして設けたので、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことなく、外部からの反射戻り光６に対する遮光を容易に実現できると共に、半導体レーザ素子１の前面出射光５を安定して制御することができる。
【００２３】
なお、この実施の形態１において、半導体レーザ素子１としてＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、受光素子２としてＳｉ系のものを用いたが、その他、半導体レーザ素子１としてＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ系の長波半導体レーザ素子やＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＩｎＰ系の可視光半導体レーザ素子、受光素子２としてＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰ系のものを用いた場合にも適用できるのは勿論である。
【００２４】
実施の形態２．
次に、図３は実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態２に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、金ペレット２０を用い、実施の形態１と同様に、この金ペレット２０の長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子１上に載置し、活性層のある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該金ペレット２０の両脇だけを熱圧着または超音波圧着する。
【００２５】
ここで、用いる金ペレット２０の大きさは外部からの反射戻り光６を充分に遮光できる大きさを有し、その長手方向の長さは受光素子２の幅相当、厚さは数１０〜数１００程度で良い。
このようにすることにより、実施の形態１と同様にして、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００２６】
実施の形態３．
次に、図４は実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態３に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、ヒートシンク３の両脇に設けた一対のボンディングポスト２２、２２にリボンワイヤ２１を取り付ける。このリボンワイヤ２１は、実施の形態１と同様に、その長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子１上に載置されるようになされており、実施の形態１とは半導体レーザ素子１上に直接熱圧着する必要がない点が異なる。
【００２７】
ここで、用いるリボンワイヤ２１の幅は、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光できる幅で、受光素子２のサイズや配置などによって異なるが、数１０〜数１００程度で良い。
このようにすることにより、実施の形態１のように半導体レーザ素子１上に遮光部材を直接熱圧着する必要がないことから、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることは全くなく、熱応力により半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００２８】
実施の形態４．
次に、図５は実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態４に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、コ字形部材２３を用い、このコ字形部材２３は、実施の形態１と同様に、両脚部間の梁部の長手方向を半導体レーザ素子１の活性層１ａの設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子１上を覆うように両脚部がヒートシンク３上に立設される形でダイボンディングされており、実施の形態１とは半導体レーザ素子１上に直接熱圧着する必要がない点が異なる。
【００２９】
ここで、遮光部材としてのコ字形部材２３は、例えば金属、セラミック等を用いるが、ヒートシンク３へのダイボンディングが可能であれば特に問題はない。また、半導体レーザ素子１とコ字形部材２３の梁部との隙間は、なるべく小さい方が良いが、半導体レーザ素子１への荷重がかからないように、数μｍ〜数１０μｍ程度ある方が好ましい。
このようにすることにより、実施の形態３と同様にして半導体レーザ素子１上に遮光部材を直接熱圧着する必要がないことから、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることは全くなく、熱応力により半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。
【００３０】
実施の形態５．
次に、図６は実施の形態５に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
この実施の形態５に係る半導体レーザ装置においては、受光素子２に入射する外部からの反射戻り光６を遮光する遮光部材として、リボンワイヤ２４を用い、実施の形態１と同様に、その長手方向を半導体レーザ素子１の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を跨ぐようにして載置し、活性層１ａのある半導体レーザ素子１の中心部を避けて該リボンワイヤ２４の両脇だけを熱圧着する。また、このとき、実施の形態１のように、半導体レーザ素子１への給電用ワイヤ４を別に設けずにリボンワイヤ２４を給電用ワイヤとしても用いる。
【００３１】
このようにすることにより、実施の形態１と同様にして、半導体レーザ素子１の活性層１ａ付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがない。また、遮光部材としてのリボンワイヤ２４を給電用ワイヤとしても用いるので部品点数を削減できる。
【００３２】
以上のように、この発明に係る半導体レーザ装置及びその組立方法によれば、半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を避けて該半導体レーザ素子上に両脇を圧着するようにして設けたので、半導体レーザ素子の活性層付近に熱応力がかかることを回避することができ、半導体レーザ素子に悪影響を及ぼすことなく、外部からの反射戻り光に対する遮光を容易に実現できると共に、半導体レーザ素子の前面出射光を安定して制御することができると共に、その組立が極めて容易なものとなる。
【００３３】
また、受光素子に入射する外部からの反射戻り光を遮光する遮光部材として、半導体レーザ素子への給電用ワイヤを併用する場合には部品点数を削減できる。
【００３４】
また、遮光部材を、半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付けた場合や、コ字形でなり、その両脚部が半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設されダイボンディングされて遮光部材の場合には、半導体レーザ素子上に該遮光部材を直接熱圧着する必要がないことから、半導体レーザ素子の活性層付近に熱応力がかかることは全くなく、熱応力により半導体レーザ素子１に悪影響を及ぼすことがないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係る半導体レーザ装置を示す斜視図と断面図である。
【図２】 図１に示す半導体レーザ装置の組立方法を説明するフロー図である。
【図３】 この発明の実施の形態２に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図４】 この発明の実施の形態３に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図５】 この発明の実施の形態４に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図６】 この発明の実施の形態５に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図７】 従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図と断面図である。
【図８】 他の従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【図９】 さらに他の従来例に係る半導体レーザ装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザ素子、１ａ 活性層、２ 受光素子、３ ヒートシンク、
５ 前面出射光、６ 外部からの反射戻り光、７ 後面出射光、８ ステム、
１３ リボンワイヤ（遮光部材）、１４ 半導体レーザ素子１のアノード電極、１８ ワイヤ、１９ キャップ、１９ａ 窓、２０ 金パレット（遮光部材）、２１ リボンワイヤ（遮光部材）、２２ ボンディングポスト、２３ コ字形部材（遮光部材）、２４ リボンワイヤ（遮光部材）。
Claims (7)
- 半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、
上記遮光部材は、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子上に載置され、活性層以外の部分で加圧固定されることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 上記遮光部材として、上記半導体レーザ素子への給電用リボンワイヤを併用したことを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。
- 半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、
上記遮光部材は、上記半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付けられてなることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 半導体レーザ素子の後端面側に配置された受光素子による該半導体レーザ素子の後面出射光の受光に基づいて前面出射光の強度を制御するようにした半導体レーザ装置において、上記半導体レーザ素子上に、長手方向を上記半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして該半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を設け、
上記遮光部材は、コ字形でなり、その両脚部が上記半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設されダイボンディングされてなることを特徴とする半導体レーザ装置。 - 半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子の活性層のある中心部を跨ぐようにして半導体レーザ素子上に載置し活性層以外の部分で加圧固定して取り付ける工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えた半導体レーザ装置の組立方法。
- 半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノード電極をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材を、上記半導体レーザ素子を搭載するヒートシンクの両脇に設けた一対のボンディングポストに取り付ける工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えた半導体レーザ装置の組立方法。
- 半導体レーザ素子を搭載するためのヒートシンクに連結されたステムに該半導体レーザ素子の後面出射光を受光する受光素子を取り付け、その受光素子にアノ ード電極をワイヤを用いてワイヤボンディングする工程と、上記受光素子に対し後面出射光を出射するヒートシンク上の位置に半導体レーザ素子を半田を用いてダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子上に長手方向を該半導体レーザ素子の活性層の設置方向とほぼ直交する方向にして半導体レーザ素子上を覆い上記受光素子に外部から反射戻り光が入射するのを遮光する遮光部材をコ字形で形成し、その両脚部を上記半導体レーザ素子を搭載したヒートシンク上に立設してダイボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子にアノード電極をワイヤを用いてボンディングする工程と、上記半導体レーザ素子の前面出射光の出射側に窓を設けた封止用のキャップを上記ステムに固定する工程と、上記キャップの窓の前面に光学系を接続する工程とを備えた半導体レーザ装置の組立方法。
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