JP4074419B2 - 半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２つの半導体レーザ素子を搭載する半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体レーザ装置としては、金属製ステム上に１つの半導体レーザ素子とその半導体レーザ素子の出力をモニタするモニタ用フォトダイオード(以下、モニタ用ＰＤという)を配置したものがある。しかしながら、ＣＤ(コンパクト・ディスク)やＤＶＤ(デジタル・バーサタイル・ディスク)等の記録媒体から情報を読み出すために、２つの半導体レーザ素子を用いて波長の異なる２種類のレーザ光を出射する半導体レーザ装置が必要とされている。
【０００３】
そこで、２つの半導体レーザ素子とその半導体レーザ素子の出力をモニタするモニタ用ＰＤを配置した図１２に示すような半導体レーザ装置が考えられる。図１２はこの半導体レーザ装置のキャップを除いた内部の斜視図を示している。なお、この半導体レーザ装置は、この発明の説明を容易にするために示すものであって、従来技術ではない。
【０００４】
図１２に示すように、この半導体レーザ装置は、一体形成されたアイレット２０１および放熱台２０２を有する金属製のステム２００を備えている。上記ステム２００のアイレット２０１に一端が貫通するようにリードピン２２１〜２２３を取り付け、共通電極用としてリードピン２２４の一端をアイレット２０１に電気的に接続している。上記リードピン２２１〜２２３は、アイレット２０１に低融点ガラスで固定し、ステム２００に対して電気的に絶縁している。また、上記アイレット２０１は外径が５.６ｍｍであり、直径が０.４ｍｍの円柱状の金属からなるリードピン２２１〜２２４は、アイレット２０１に直径２ｍｍの円周上に９０度毎に等間隔で配置されている。
【０００５】
また、上記アイレット２０１と一体的に形成された放熱台２０２に、シリコンサブマウント(以下、Ｓiサブマウントという)２６０を導電性のペースト(図示せず)によりダイボンドしている。上記シリコンサブマウント２６０上に、２つの半導体レーザ素子２３１,２３２をＡu−Ｓn合金からなるロー材(図示せず)によりダイボンドしている。上記Ｓiサブマウント２６０のダイボンド面を金属で覆い、半導体レーザ素子２３１,２３２の共通電極としている。また、上記Ｓiサブマウント２６０の表面の共通電極を金属ワイヤ２５２,２５４を介して放熱台２０２に接続している。一方、半導体レーザ素子２３１,２３２の上部電極をリードピン２２１,２２２に金属ワイヤ２５１,２５３を介してそれぞれ接続している。そして、上記ステム２００のアイレット２０１に形成された凹部２０１bに、モニタ用ＰＤ２４０を導電性のペースト(図示せず)によりダイボンドし、そのモニタ用ＰＤ２４０の上部電極を金属ワイヤ２５５を介してリードピン２２３の端面２２３aに接続している。
【０００６】
上記２つの半導体レーザ素子２３１,２３２は、特に、赤色レーザ光(波長６３０ｎｍ〜６８０ｎｍ)を出射するＩnＧaＡlＰ系半導体レーザ素子２３１と赤外レーザ光(波長７６０ｎｍ〜８５０ｎｍ)を出射するＡlＧaＡs系半導体レーザ素子２３２の組合せが用いられる。
【０００７】
上記２つの半導体レーザ素子２３１,２３２の発光点の相対位置が、使用中動かないようにするため、通常の使用温度範囲の上限である８０℃より十分融点が高いロー材(例えばＡu−Ｓn合金等)を使用して、半導体レーザ素子２３１,２３２をＳiサブマウント２６０にダイボンドする必要がある。上記半導体レーザ素子２３１,２３２を金属製の放熱台２０２に直接ダイボンドすると、金属と半導体の線膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子２３１,２３２に強い応力が加わり、結晶が壊れて劣化してしまうという問題があるため、Ｓiサブマウント２６０にダイボンドすることが必須となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図１２に示す２つの半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置では、構造が複雑になると共に、モニタ用ＰＤ２４０,Ｓiサブマウント２６０をダイボンドする工程が増えてコストが高くつくという問題がある
そこで、Ｓiサブマウント表面にモニタ用ＰＤを形成し、モニタ用ＰＤのダイボンド工程を省略して、製造工程を簡略化することが考えられる。そうした場合、モニタ用ＰＤの電極面は、２つの半導体レーザ素子の電極面およびＳiサブマウント表面に形成された電極面と平行になる。この半導体レーザ素子,モニタ用ＰＤの各電極とリードピンとを金属ワイヤで接続するときに、電極およびリードピンの金属ワイヤをボンディングする面は互いに平行でなければ、ワイヤボンディングを容易に行うことができない。このことを図１２に示す構成の半導体レーザ装置を用いて以下に説明する(モニタ用ＰＤはＳiサブマウント表面に形成されるものと仮定する)。
【０００９】
この半導体レーザ装置では、２つの半導体レーザ素子２３１,２３２が両側のリードピン２２１,２２２に夫々接続されるので、Ｓiサブマウント表面に形成さるモニタ用ＰＤの電極と金属ワイヤで接続することができるのは、図１２中上側のリードピン２２３だけである。この場合、リードピン２２３の先端がアイレットの表面２０１aから出ていないので、Ｓiサブマウント２６０に形成されるモニタ用ＰＤの電極と平行な面が殆どないという問題がある。この問題を解決する方法としては、アイレット２０１のリードピン２２３の周囲に凹部を設けて、リードピン２２３を露出させて、円筒状のリードピン２２３の外周面にダイボンドすることも考えられるが、凹部がアイレットを貫通する恐れがあり、キャップ(図示せず)により内部を密閉することができなくなるので、半導体レーザ素子が劣化しやすいという問題がある。
【００１０】
また、リードピン２２３の端面２２３aとＳiサブマウントに形成されるモニタ用ＰＤの電極とをワイヤボンディングする場合、リードピン２２３の端面２２３aとモニタ用ＰＤの電極面とは互いに垂直になっており、従来のワイヤボンディング方法では、接続することが困難であった。以下に、その理由について、図１２の半導体レーザ装置のワイヤボンディングの工程を示す図１３〜図１９により説明する。
【００１１】
まず、図１３〜図１８により、図１２に示す半導体レーザ装置２００のモニタ用ＰＤ２４０の電極面とリードピン２２３の端面２２３aを金属ワイヤで接続する従来のワイヤボンディング方法を説明する。
【００１２】
図１３に示すように、ボンディングヘッド７０は、キャピラリホルダ７２の先に取り付けられたキャピラリ７１とワイヤクランプ７３とを有し、キャピラリ７１とワイヤクランプ７３とは一体に動くようになっている。上記キャピラリ７１は、先端の直径が２００μｍ程度で、金属ワイヤ５０を直線状に保ち案内する働きをする。この金属ワイヤ５０には、直径２５μｍの金ワイヤを用い、キャピラリ７１の先端から突出する金属ワイヤ５０の先端にアーク放電等によりボール５０aを形成する。
【００１３】
次に、図１４に示すように、ボンディングヘッド７０を下降させ、モニタ用ＰＤ２４０の電極面にボール５０a(図１３に示す)を接触させて、超音波振動を加えてボール５０aとモニタ用ＰＤ２４０の電極とを接続する(このボール５０aが接続される点を「第１ボンド」と呼ぶ)。
【００１４】
次に、図１５に示すように、ワイヤクランプ７３が開いた状態でボンディングヘッド７０を上昇させ、金属ワイヤ５０を引き出すと共に、キャピラリ７１の軸方向に対して垂直な軸を中心にステム２００を適宜回転し、リードピン２２３のボンディング面２２３aがキャピラリ７１の軸方向に対して垂直になるようにする。
【００１５】
次に、図１６に示すように、リードピン２２３のボンディング面２２３aが、キャピラリ７１の鉛直下方に位置するように、ボンディングヘッド７０をリードピン２２３のボンディング面２２３aに平行な面に沿って移動する。このとき、モニタ用ＰＤ２４０の電極面とリードピン２２３のボンディング面２２３aがキャピラリ７１にガイドされた金属ワイヤ５０とが同一平面上にない場合は、キャピラリ７１の軸上にリードピン２２３のボンディング面２２３aが位置するように、ステム２００を移動させればよい。
【００１６】
再度、図１７に示すように、上記ボンディングヘッド７０を下降させて、リードピン２２３のボンディング面２２３aに金属ワイヤ５０を接触させ、金属ワイヤ５０に超音波振動を加えてリードピン２２３のボンディング面２２３aと接続する(この金属ワイヤが接続される点を「第２ボンド」と呼ぶ)。
【００１７】
最後に、図１８に示すように、ワイヤクランプ７３を閉じ、その状態でボンディングヘッド７０を引き上げることにより金属ワイヤ５０を切断する。この後、図示していないが、ワイヤ５０の先端にはアーク放電により金属ボールが形成され、最初の工程に戻る。
【００１８】
このようなワイヤボンディング方法では、第１ボンドのボンディング面と第２ボンドのボンディング面は、互いに１３°程度の角度をなしているだけなので、ステム２００を回転させる中心となる軸がどこに有っても特に問題はない。ところが、さらにステム２００の回転角度が大きくなると、キャピラリ７１がステム２００や半導体レーザ素子等に接触して破損する恐れがあると共に、図１９に示すように、金属ワイヤ５０がキャピラリ７１の先端で大きく曲げられたり、第１ボンド部分やキャピラリ７１先端部分でねじれて切断してしまうという問題がある。
【００１９】
また、図１２に示す半導体レーザ装置において、Ｓiサブマウント２６０を放熱台２０２にダイボンドする場合、半導体レーザ素子２３１,２３２とＳiサブマウント２６０を固定しているロー材に熱的な影響を与えないように樹脂に導電材(例えば銀のフィラー)を充填した導電性ペーストで固定することが望ましい。しかしながら、導電性ペーストは流動性が高く、ダイボンド面に広がり易いため、金属ワイヤをボンディングする面に導電性ペーストが付着して平滑性が失われると、ワイヤボンディングができないという問題がある。
【００２０】
そこで、この発明の目的は、簡単な構成で製造工程を簡略化でき、２つの半導体レーザ素子とモニタ用ＰＤを小型パッケージに容易に搭載できると共に、ステムや半導体レーザ素子等を破損することなく、容易にかつ確実にワイヤボンディングができる半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法を提供することにある。
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
【００２７】
【００２８】
【００２９】
【００３０】
【００３１】
【００３２】
【００３３】
【００３４】
【００３５】
【課題を解決するための手段】
また、上記目的を達成するため、この発明の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法は、複数のリードピンを有するス テムと、上記ステム上に取り付けられ、表面にモニタ用フォトダイオードが一体形成されたサブマウントと、上記サブマウント上にダイボンドされ、上記モニタ用フォトダイオードにより出射光がモニタされる２つの半導体レーザ素子とを備え、上記モニタ用フォトダイオードの少なくとも１つの第１ボンディング面が、上記第１ボンディング面に略直角な上記リードピンの端面であってかつ上記ステムのアイレットの表面より上側に出ない端面である第２ボンディング面に接続され、他の上記リードピンは、上記半導体レーザ素子の上部電極に平行な接平面をボンディング面とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法であって、上記モニタ用フォトダイオードの上記第１ボンディング面に対して上記金属ワイヤを案内するキャピラリの軸が垂直になるように上記ステムを保持して、上記第１ボンディング面に上記金属ワイヤの一端をボンディングする第１の工程と、上記第１ボンディング面に上記金属ワイヤの一端をボンディングした後、上記キャピラリの先端から引き出される上記金属ワイヤの長さを、上記半導体レーザ素子の前方端面から上記第１ボンディング面のボンディング位置までの距離よりも長くなるように、上記キャピラリを上記第１ボンディング面に対して垂直方向に引き上げる第２の工程と、上記第２の工程において上記キャピラリを引き上げた後、上記金属ワイヤに直交する軸を中心に、上記リードピンの第２ボンディング面に対して上記キャピラリの軸が垂直になるように上記ステムを回転させる第３の工程と、上記キャピラリの先端が上記リードピンの第２ボンディング面のボンディング位置を通る垂線上に位置するように、上記キャピラリを上記リードピンの第２ボンディング面に沿って移動させる第４の工程と、上記第２ボンディング面に上記金属ワイヤの他端をボンディングする第５の工程とを有することを特徴としている。
【００３６】
上記半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法によれば、上記２つの半導体レーザ素子および上記モニタ用ＰＤの少なくとも１つの第１ボンディング面に対してワイヤボンディング装置のキャピラリの軸が垂直になるように上記ステムを保持して、上記第１ボンディング面に上記金属ワイヤの一端をボンディングした後、上記金属ワイヤに直交する軸を中心に、第１ボンディング面に略直角なリードピンの第２ボンディング面に対して上記キャピラリの軸が垂直になるようにステムを回転させて、上記第２ボンディング面に上記金属ワイヤの他端をボンディングする。そうすることによって、上記第１,第２ボンディング面にボンディングされる金属ワイヤをねじることなく、互いに略直角な第１,第２ボンディング面に金属ワイヤを接続することができる。したがって、２つの半導体レーザ素子とモニタ用ＰＤを小型パッケージに収納可能な半導体レーザ装置を、ステムや半導体レーザ素子等を破損することなく、容易にワイヤボンディングができる。また、上記第１ボンディング面にボンディングした後、上記キャピラリを第１ボンディング面に対して垂直方向に引き上げたときのキャピラリの先端から引き出される金属ワイヤの長さを、上記半導体レーザ素子の前方端面から第１ボンディング面のボンディング位置までの距離よりも長くすることにより、ステムを回転させたときに、キャピラリが半導体レーザ素子に当たるのを防止できる。
【００３７】
また、一実施形態の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法は、上記第３の工程において上記ステムを回転させるときの軸が、互いに略直角な上記第１,第２ボンディング面の交線と平行であることを特徴としている。
【００３８】
上記実施形態の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法によれば、上記第３の工程において上記ステムを回転させるときの軸を、互いに略直角な第１,第２ボンディング面の交線と平行にして、ステムの回転軸方向からワイヤボンディングを観測する。そうすることによって、上記金属ワイヤのねじれ具合を観測しながらワイヤボンディングができるので、ボンディングの失敗がなく、ワイヤボンディングを確実に行うことができる。
【００３９】
また、一実施形態の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法は、上記第１ボンディング面のボンディング位置および上記第２ボンディング面のボンディング位置が、上記第１,第２ボンディング面に略直交する同一平面上にあることを特徴としている。
【００４０】
上記実施形態の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法によれば、上記第１ボンディング面のボンディング位置および第２ボンディング面のボンディング位置が上記第１,第２ボンディング面に略同一平面内に有るようにするので、ワイヤボンディング時にその同一平面に沿ってステムを回転させるから、金属ワイヤがねじれることがなくなり、金属ワイヤが接続された半導体レーザ素子,モニタ用ＰＤに応力が加わらないので、信頼性を向上できる。
【００４１】
また、一実施形態の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法は、上記第３の工程において上記ステムを回転させるときの軸と上記第１ボンディング面との距離を、上記ステムを回転させるときの軸と上記第２ボンディング面との距離としたことを特徴としている。
【００４２】
上記実施形態の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法によれば、上記ステムの回転中心となる軸を、軸からの第１ボンディング面までの距離と軸からの第２ボンディング面までの距離とを等しくすることによって、キャピラリの先端から第１ボンディング面と第２ボンディング面までの距離が回転前後で同じになるので、ワイヤボンディングが容易にでき、付着した金属ワイヤもはずれにくい。
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４６】
図１はこの発明の実施の一形態の半導体レーザ装置のキャップを外した内部を示す斜視図である。
【００４７】
図１に示すように、この半導体レーザ装置は、一体に形成されたアイレット１０１および放熱台１０２を有する金属製のステム１００を備えている。上記ステム１００のアイレット１０１に一端が貫通するようにリードピン１２１〜１２３を取り付け、共通電極用としてリードピン１２４の一端をアイレット１０１に電気的に接続している。上記リードピン１２１〜１２３は、アイレット１０１に低融点ガラスで固定し、ステム１００に対して電気的に絶縁している。また、上記アイレット１０１は外径が５.６ｍｍであり、直径が０.４ｍｍの円柱状の金属製のリードピン１２１〜１２４は、アイレット１０１に直径２ｍｍの円周上に９０度毎に等間隔で配置されている。
【００４８】
また、上記アイレット１０１と一体に形成された放熱台１０２に、Ｓiサブマウント１６０を導電性ペーストである銀ペースト１７０(図２に示す)によりダイボンドしている。このＳiサブマウント１６０表面にモニタ用ＰＤ１４０を一体形成している。さらに、Ｓiサブマウント１６０上に、２つの半導体レーザ素子１３１,１３２をＡu−Ｓn合金からなるロー材(図示せず)によりダイボンドしている。また、上記半導体レーザ素子１３１の上部電極を放熱台１０２の段部１１１の面１０２bに金属ワイヤ１５２を介して接続し、半導体レーザ素子１３２の上部電極をリードピン１２２に金属ワイヤ１５３を介して接続している(図３参照)。一方、上記Ｓiサブマウント２６０表面の金属配線１８１(図３に示す)を金属ワイヤ１５１を介してリードピン１２３に接続し、Ｓiサブマウント２６０表面の金属配線１８２(図３に示す)を放熱台１０２の段部１１１の面１０２bに金属ワイヤ１５４を介して接続している(図３参照)。
【００４９】
なお、上記アイレット１０１には、リードピン１２３の周囲を含む長方形状の領域に凹部１０３を設けると共に、リードピン１２３の端面１２３aは、アイレット１０１の表面１０１aより上側に出ないようにしている。
【００５０】
また、図２は上記半導体レーザ装置の要部を正面から見た図であり、図３は図２に示す半導体レーザ装置の要部を上方から見た図である。なお、図２,図３では、図を見やすくするためにアイレットを省略している。
【００５１】
図２に示すように、上記Ｓiサブマウント１６０に形成された金属配線１８１,１８２(図３に示す)上に、２つの半導体レーザ素子１３１,１３２をＡu−Ｓn合金からなるロー材(図示せず)によりダイボンドしている。上記２つの半導体レーザ素子１３１,１３２は、出射光の光軸が平行でかつアイレットの表面に垂直な方向になるように、Ｓiサブマウント１６０上に配置されている。なお、上記半導体レーザ素子１３１は、平行四辺形の断面形状をしており、オフ基板上に結晶成長させたものである。
【００５２】
また、上記放熱台１０２は、Ｓiサブマウント１６０をダイボンドする面１０２aとは別に、面１０２aと平行でかつ高さの異なる面１０２bを有する段部１１１を放熱台１０２の両側に設けている。この面１０２aと面１０２bの高さが異なることにより、面１０２aに塗布された銀ペースト１７０は、表面張力により面１０２aの端より広がらない。その結果、面１０２bは平滑性を維持することができ、Ｓiサブマウント１６０を放熱台１０２にダイボンドした後でも、金属ワイヤ１５２,１５４を容易にボンディングすることができる。上記アイレット１０１(図１に示す)と一体に形成された放熱台１０２は、共通電極用リードピン１２４(図１に示す)と電気的に接続されている。
【００５３】
また、円柱状のリードピン１２１〜１２４は金属製であるが、その表面は平滑に仕上げられている。そのため、半導体レーザ素子１３２の上部電極と平行な接平面がリードピン１２２の外周にあり、従来のワイヤボンディング装置により金属ワイヤ１５３で接続することができる。同様に、Ｓiサブマウント１６０上に形成された金属配線１８１(図３に示す)とリードピン１２１も金属ワイヤ１５１で接続することができる。
【００５４】
また、図３に示すように、上記モニタ用ＰＤ１４０のカソード１８４を、半導体レーザ素子１３２のカソードと金属ワイヤ１５６を介して接続している。一方、モニタ用ＰＤ１４０のアノード電極１８３をリードピン１２３の端面１２３aに金属ワイヤ１５５を介して接続している。上記モニタ用ＰＤ１４０のアノード電極１８３の面に対してリードピン１２３の端面１２３aが略直角になっており、このように互いに略直角なボンディング面を１本の金属ワイヤ(９０°ワイヤ)で接続することにより、モニタ用ＰＤをＳiサブマウントとは別に設ける必要が無くなる。また、ステム１００のアイレット１０１に凹部１０３(図１に示す)を設けて、リードピン１２３を露出させる必要がないため、キャップにより半導体レーザ装置内部の気密を保って、半導体レーザ素子およびモニタ用ＰＤ等の半導体部品を保護することが可能となる。また、上記部品をすべて含んで外径が５.６ｍｍの小型のパッケージに収納することができる。
【００５５】
また、図４〜図１１は上記半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法の工程を示しており、図４〜図１１に従って上記半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法を以下に説明する。この半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法に用いるワイヤボンディング装置は、ステムの回転角度が９０°である点を除いて図１３に示すワイヤボンディング装置と同一の構成をしており、同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略する。
【００５６】
まず、第１ボンディング面をモニタ用ＰＤ１４０(図１)のアノードと接続されたアノード電極１８３(図３に示す)表面とする。また、第２ボンディング面をリードピン１２３の端面１２３aとし、その端面１２３aがアイレット１０１の表面１０１aより上側に出ないようにしてある。これは、キャピラリ７１をできるだけアイレット１０１の表面１０１a側に寄せて、Ｓiサブマウント１６０上の半導体レーザ素子１３１,１３２に当たらないようにするためである。
【００５７】
上記キャピラリ７１の中心軸と第２ボンディング面であるリードピン１２３の端面１２３aとの距離をｈ1とする。このようにモニタ用ＰＤ１４０の第１ボンディング面(アノード電極１８３)に対してキャピラリ７１の軸が垂直になるようにステム１００を保持する。
【００５８】
次に、図５に示すように、ボンディングヘッド７０を下降させ、第１ボンドＸを形成する。
【００５９】
次に、図６に示すように、ボンディングヘッド７０を上昇させる。このとき、キャピラリ７１の先端から第１ボンドＸまでの距離をｄ2とする。この距離ｄ2は、半導体レーザ素子１３１,１３２の前方端面から第１ボンドＸまでの距離ｄ1よりも長くするのが望ましい(ｄ2＞ｄ1)。そうすることによって、ステム１００を回転させたときに、キャピラリ７１が半導体レーザ素子１３１,１３２に当たるのを防止できる。
【００６０】
次に、図７に示すように、上記ステム１００を、第１ボンドＸとキャピラリ７１の間に渡された金属ワイヤ５０上で、かつ、第１ボンドＸから所定の高さｈ2の点を通り図７の紙面に垂直な軸Ｏを中心に回転させる。この「紙面に垂直な方向」とは、ワイヤボンディングを観測する面の方向と同じである。すなわち、上記ステム１００を回転させるときの軸Ｏを、互いに略直角な第１,第２ボンディング面(アノード電極１８３,端面１２３a)の交線と平行にするのである。
【００６１】
そうすると、図８に示すように、ステム１００の回転前後で、キャピラリ７１の先端から第１ボンドＸまでの距離と、キャピラリ７１の先端から第２ボンドＹまでの距離が変化しない。そのため、ステム１００の回転中にキャピラリ７１から金属ワイヤ５０が引き出されることがなく、金属ワイヤ５０が切断する恐れがない。
【００６２】
さらに望ましくは、図７におけるステム１００の回転中心の軸Ｏの高さｈ2を、図４における高さｈ1と等しくする(ｈ2＝ｈ1)。そうすると、ステム１００の回転前後で、図６に示すキャピラリ７１先端から第１ボンドＸまでの高さｄ2と、図８に示すキャピラリ７１先端から第２ボンドＹまでの高さｄ3が等しくなり(ｄ2＝ｄ3)、金属ワイヤ５０の付着状態を最良な状態とすることができる。
【００６３】
次に、図９に示すように、ステム１００を９０゜回転した後、ボンディングヘッド７０をリードピン１２３の端面１２３aに沿って水平移動させて、キャピラリ７１の先端が端面１２３aの第２ボンドＹを通る垂線上に位置するようにする。
【００６４】
そして、図１０に示すように、再度、ボンディングヘッド７０を下降して、第２ボンディング面であるリードピン１２３の端面１２３aにボンディングする。なお、このリードピン１２３の端面１２３aは、ステム１００のアイレット１０１の表面１０１aよりせいぜい１ｍｍ程度低いだけであるので、キャピラリ７１が入らないといった問題は生じない。
【００６５】
最後に、図１１に示すように、ワイヤクランプ７３を閉じ、その状態でボンディングヘッド７０を上昇させて金属ワイヤ５０を切断し、ワイヤボンディングを完了する。
【００６６】
次に、モニタ用ＰＤ１４０を一体的に形成したＳiサブマウントについて説明する。良く知られているように、半導体レーザ素子は、前方端面からのみならず、後方端面からもレーザ光を出射する。この半導体レーザ素子の後方端面から出射されたレーザ光の一部がＳiサブマウント１６０に一体形成されたモニタ用ＰＤ１４０に入射し、このモニタ用ＰＤ１４０のモニタ出力が半導体レーザの光出力の制御用信号に用いられる。
【００６７】
この実施の形態の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子１３２は、ＡlＧaＡs系であり、波長７７０ｎｍ〜８５０ｎｍの赤外レーザ光を出射し、発光点は、Ｓiサブマウント１６０の表面から略５０μｍのところに有る。一方、半導体レーザ素子１３１は、ＩnＧaＡlＰ系であり波長６３０ｎｍ〜６８０ｎｍの赤色レーザ光を出射し、発光点は、Ｓiサブマウント１６０の表面から略５μｍのところに有る。
【００６８】
上記半導体レーザ素子１３１の発光点からＳiサブマウント１６０表面までの高さが略５μｍと近い場合、モニタ用ＰＤ１４０をできるだけ半導体レーザ素子１３１の後端面に近づける方がモニタ信号が大きくなるので望ましい。しかし、半導体レーザ素子１３１を搭載する金属配線１８１が、半導体レーザ素子１３１の後端面よりわずかでもモニタ用ＰＤ１４０側にはみ出していると、半導体レーザの出射光が金属配線で反射されて、モニタ信号が数分の１にまで減少する。その結果、赤外レーザ光に対するモニタ信号の大きさと、赤色レーザ光に対するモニタ信号の大きさが極端に異なり、制御回路が複雑となる。そのため、この実施の形態の半導体レーザ装置では、Ｓiサブマウント１６０上の金属配線１８１は、半導体レーザ素子１３１の後端面近傍１８１a(図３に示す)でモニタ用ＰＤ１４０側にはみ出さないようなパターンとしている。
【００６９】
上記Ｓiサブマウント１６０上に形成された金属配線１８１,１８２は、半導体レーザ素子１３１,１３２の放熱板の役割も果たしているが、半導体レーザ素子の後方端面は、前方端面に比べて発熱が小さいため、放熱が悪くなっても問題がない。特に、大きな光出力が要求され、したがって、放熱が重要な高出力半導体レーザ素子の場合には、前方端面の反射率は常に後方端面の反射率より低く設定するので、後方端面付近での発熱は、前方端面ほど大きくならない。
【００７０】
また、この実施の形態の半導体レーザ装置では、半導体レーザ素子１３１はｐ電極側を金属配線１８１にダイボンドし、半導体レーザ素子１３２はｎ電極側を金属配線１８２にダイボンドしている。これは、赤色半導体レーザ素子１３１は信頼性が低いため、発光点をできるだけ金属配線に近い位置に配置したいためである。一方、赤外半導体レーザ素子１３２は、表面が抵抗の高いｐ側をダイボンド面とする方が有利なためである。また、ｐ側がエピタキシャル面であるので、凹凸が大きくワイヤボンディングが難しいという問題もある。上記半導体レーザ装置では、金属配線１８１,１８２が電気的に絶縁されているので、このように配置しても、２つの半導体レーザ素子１３１,１３２が直列に配置されるわけではなく、図２に示すように、金属ワイヤ１５１〜１５４の接続の仕方により並列にすることが可能である。
【００７１】
【００７２】
【００７３】
【００７４】
【００７５】
【００７６】
【００７７】
【発明の効果】
以上より明らかなように、この発明の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法によれば、金属ワイヤを第１ボンディング面に接続後、引き出した金属ワイヤを通り、金属ワイヤに垂直な軸の周りにステムを回転することによって、金属ワイヤをねじることなく、互いに略直角な第１,第２ボンディング面に金属ワイヤを接続することができる。また、上記第１ボンディング面の位置から金属ワイヤを引き出す長さを、半導体レーザ素子の前方端面より第１のダイボンド位置までの長さより長くすることにより、次の第２ボンディング面にワイヤボンディングするためにステムを回転させたときに、キャピラリが半導体レーザ素子に当たるのを防止できる。
【００７８】
また、ステムを回転する軸は、ワイヤボンディングを観測する面に対して垂直方向とすることによって、金属ワイヤのねじれ具合を観測しながらワイヤボンディングができるので、ボンディングの失敗がない。
【００７９】
また、第１ボンディング面のボンディング位置および第２ボンディング面のボンディング位置が略同一平面上に有るようにすることによって、金属ワイヤがねじれることがなく、金属ワイヤが接続された半導体レーザ素子,モニタ用ＰＤに応力が加わらないので、信頼性を向上できる。
【００８０】
さらに、上記ステムを回転させるときの軸と第１ボンディング面との距離を、上記ステムを回転させるときの軸と第２ボンディング面との距離としたことにより、ワイヤボンディング装置のキャピラリの先端から第１ボンディング面までの距離と、キャピラリの先端から第２ボンディング面までの距離とが、ステムの回転前後で同じになるので、ワイヤボンディングが容易にでき、付着した金属ワイヤも外れにくくできる。
【００８１】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１はこの発明の実施の一形態の２つの半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置の斜視図である。
【図２】 図２は上記半導体レーザ装置の要部の正面図である。
【図３】 図３は上記半導体レーザ装置の要部の上面図である。
【図４】 図４は上記半導体レーザ装置の９０゜ワイヤのボンディング工程を示す図である。
【図５】 図５は図４に続くボンディング工程を示す図である。
【図６】 図６は図５に続くボンディング工程を示す図である。
【図７】 図７は図６に続くボンディング工程を示す図である。
【図８】 図８は図７に続くボンディング工程を示す図である。
【図９】 図９は図８に続くボンディング工程を示す図である。
【図１０】 図１０は図９に続くボンディング工程を示す図である。
【図１１】 図１１は図１０に続くボンディング工程を示す図である。
【図１２】 図１２は２つの半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置の斜視図である。
【図１３】 図１３は上記半導体レーザ装置の金属ワイヤのボンディング工程を示す図である。
【図１４】 図１４は図１３に続くボンディング工程を示す図である。
【図１５】 図１５は図１４に続くボンディング工程を示す図である。
【図１６】 図１６は図１５に続くボンディング工程を示す図である。
【図１７】 図１７は図１６に続くボンディング工程を示す図である。
【図１８】 図１８は図１７に続くボンディング工程を示す図である。
【図１９】 図１９は従来の金属ワイヤのボンディング工程によりステムを９０゜回転した場合を示す説明図である。
【符号の説明】
１００,２００…ステム、
１０１,２０１…アイレット、
１０２,２０２…放熱台、
１２１〜１２４,２２１〜２２４…リードピン、
１３１,１３２,２３１,２３２…半導体レーザ素子、
１６０,２６０…Ｓiサブマウント、
１４０,２４０…モニタ用ＰＤ、
１８１〜１８４…金属配線、
１５１〜１５６,２５１〜２５４…金属ワイヤ、
１７０…銀ペースト、
５０…金属ワイヤ、
７０…ボンディングヘッド、
７１…キャピラリ、
７２…キャピラリホルダ、
７３…ワイヤクランプ。

Claims (4)

  1. 複数のリードピンを有するステムと、上記ステム上に取り付けられ、表面にモニタ用フォトダイオードが一体形成されたサブマウントと、上記サブマウント上にダイボンドされ、上記モニタ用フォトダイオードにより出射光がモニタされる２つの半導体レーザ素子とを備え、上記モニタ用フォトダイオードの少なくとも１つの第１ボンディング面が、上記第１ボンディング面に略直角な上記リードピンの端面であってかつ上記ステムのアイレットの表面より上側に出ない端面である第２ボンディング面に接続され、他の上記リードピンは、上記半導体レーザ素子の上部電極に平行な接平面をボンディング面とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法であって、
    上記モニタ用フォトダイオードの上記第１ボンディング面に対して上記金属ワイヤを案内するキャピラリの軸が垂直になるように上記ステムを保持して、上記第１ボンディング面に上記金属ワイヤの一端をボンディングする第１の工程と、
    上記第１ボンディング面に上記金属ワイヤの一端をボンディングした後、上記キャピラリの先端から引き出される上記金属ワイヤの長さを、上記半導体レーザ素子の前方端面から上記第１ボンディング面のボンディング位置までの距離よりも長くなるように、上記キャピラリを上記第１ボンディング面に対して垂直方向に引き上げる第２の工程と、
    上記第２の工程において上記キャピラリを引き上げた後、上記金属ワイヤに直交する軸を中心に、上記リードピンの第２ボンディング面に対して上記キャピラリの軸が垂直になるように上記ステムを回転させる第３の工程と、
    上記キャピラリの先端が上記リードピンの第２ボンディング面のボンディング位置を通る垂線上に位置するように、上記キャピラリを上記リードピンの第２ボンディング面に沿って移動させる第４の工程と、
    上記第２ボンディング面に上記金属ワイヤの他端をボンディングする第５の工程とを有することを特徴とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法。
  2. 請求項１に記載の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法において、
    上記第３の工程において上記ステムを回転させるときの軸が、互いに略直角な上記第１,第２ボンディング面の交線と平行であることを特徴とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法。
  3. 請求項１または２に記載の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法において、
    上記第１ボンディング面のボンディング位置および上記第２ボンディング面のボンディング位置が、上記第１,第２ボンディング面に略直交する同一平面上にあることを特徴とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法。
  4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法において、
    上記第３の工程において上記ステムを回転させるときの軸と上記第１ボンディング面との距離を、上記ステムを回転させるときの軸と上記第２ボンディング面との距離としたことを特徴とする半導体レーザ装置のワイヤボンディング方法。
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