JP5668528B2 - 半導体レーザ素子 - Google Patents

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Description

本発明は、電流が半導体レーザ素子の電極に供給される際の電流ムラを顕著に改善することができる半導体レーザ素子に関する。
現在、半導体レーザ素子は、高出力で且つ長寿命の特性が要求されている。高出力の特性を得るためには、半導体レーザ素子の電極に大量の電流を供給する必要がある。半導体レーザ素子の電極に接続するワイヤが1つの場合、電極に供給できる電流量が制限され、大量の電流を供給することができない。そこで、電極の長手方向に沿って複数のワイヤを接続させることで、電極全域に電流を供給することが提案されている。(例えば、特許文献1参照)
一方、半導体レーザ素子は、その反射端面がアイレットと対向するように実装される所謂CANタイプとして利用されることが多い。この場合、半導体レーザ素子の電極は、アイレットを貫通したアウターリードとワイヤにて接続されることになる。また、パッケージの小型化が求められる現在においては、半導体レーザ素子とアイレットとの距離は近ければ近いほど望ましい。
特開1999−186662号公報
しかしながら、半導体レーザ素子とアイレットとの距離が近い状態でワイヤボンディングをしようとしても、ワイヤボンディングの際にアイレットが障害となるため、半導体レーザ素子の反射端面からある程度離れた位置にワイヤを接続する必要があった。そして、ワイヤの接続箇所が反射端面近傍から離れてしまうと、電流は半導体レーザ素子の反射端面近傍に供給され難くなり、結果として電流ムラが生じてしまっていた。ワイヤを介して供給された電流は電極の面内方向を流れるよりも半導体レーザ素子の厚さ方向に流れやすいためである。したがって、高出力で長寿命の半導体レーザ素子とすることができないという問題があった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、反射端面側の電極端部に電流を供給することができる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
一実施形態に係る半導体レーザ素子は、出射端面及び反射端面を有する半導体部と、半導体部上に設けられた電極と、を有する半導体レーザ素子であって、平面視において、電極は、出射端面と反射端面との間に設けられた第1領域と、第1領域から半導体部の側面側に延伸する第2領域と、第2領域よりも反射端面側に設けられ第1領域から半導体部の側面側に延伸する第3領域と、を有し、第2領域及び第3領域のそれぞれは、第1領域に連結する連結部及びワイヤを接続するためのワイヤ接続部を有し、第3領域の連結部は、第3領域のワイヤ接続部より反射端面側に設けられている。
本発明によれば、反射端面側の電極端部に電流を供給することができ、電極の電流ムラを改善できる半導体レーザ素子を提供することができる。
図1は本実施形態における半導体レーザ素子の平面図である。 図2は半導体レーザ装置を模式的に示す斜視図である。
以下、図面を参照して本発明に係る半導体レーザ素子の一実施形態について説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。特に、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
図1は、本実施形態に係る半導体レーザ素子100の平面図である。図1に示すように、本実施形態に係る半導体レーザ素子100は、出射端面10a及び反射端面10bを有する半導体部10と、半導体部10上に設けられた電極20と、を有し、電極20は、出射端面10aと反射端面10bとの間に設けられた第1領域21と、第1領域21から半導体部の側面側に延伸する第2領域22と、第2領域22よりも反射端面10b側に設けられ第1領域21から半導体部の側面側に延伸する第3領域23と、を有し、第2領域22及び第3領域23のそれぞれは、第1領域21に連結する連結部(32、33)及びワイヤを接続するためのワイヤ接続部(42、43)を有し、第3領域の連結部33は、第3領域のワイヤ接続部43より反射端面側に設けられている。
これにより、反射端面10bから離れた第3領域のワイヤ接続部43においてワイヤボンディングが可能となるととともに、反射端面10b近傍において第3領域の連結部33から電流を注入することができる。つまり、ワイヤボンディングが容易に行え且つ反射端面10b近傍まで電流を供給可能な半導体レーザ素子とすることができる。
また、平面視において光導波路領域に重複して設けられた第1領域21にワイヤボンディングしなくて良いため、ワイヤボンディング時に半導体部10の光導波路領域に加わる衝撃を低減できる。これより、レーザ特性が低下するのを抑制することができる。
また、ワイヤ接続部(42、43)同士の間隔を狭くすることができるため、ワイヤボンディング工程の所要時間を短縮することができる。
ここで、本明細書において、「第3領域の連結部33は、第3領域のワイヤ接続部43より反射端面側に設けられている」とは、連結部33の出射端面側端部がワイヤ接続部43の反射端面側端部よりも反射面側に配置されていることを言う。
本実施形態に係る半導体レーザ素子100において、図1に示すように、電極20は、第2領域22と第3領域23との間で第1領域21から延伸する第4領域24を有しても良い。第4領域24は、第1領域21に連結する連結部34及びワイヤを接続するためのワイヤ接続部44を備えている。
これより、ワイヤから電極のワイヤ接続部に供給される電流は、第2〜4領域を利用することで第1領域の両端面側及び中央に振り分けられるため、第1領域全体に電流を供給することができ、第1領域における電流ムラをより改善することができる。
参考までに、図2に、半導体レーザ素子100をパッケージに搭載したときの概略図を示す。ここでは、半導体レーザ素子100は、サブマウント80を介してヒートシンク50上に載置されている。サブマント80は、その主面がアイレット60の主面と直交するようして、アイレット60に載置されている。さらに、アイレット60にはアウターリード70が貫通しており、ワイヤ(図示せず)にて半導体レーザ素子100のワイヤ接続部(図示せず)とアウターリード70とが電気的に接続される。図2から、反射端面10bとアイレット60は近接していることに起因して、従来であれば第3領域のワイヤ接続部(図示せず)にワイヤボンディングすることは困難であったが、半導体レーザ素子100であればワイヤボンディングの作業容易性を確保しつつ、反射端面近傍まで電流を供給し得ることが理解できる。
以下、各構成を説明する。
(半導体部10)
半導体部10は、出射端面10a及び反射端面10bの一対の端面を有しており、半導体部で生じる光が出射端面10a及び反射端面10bとの間で往来し共振する領域、つまり、光導波路領域を有している。例えば、出射端面10a及び反射端面10bに所定の反射率のミラーを形成し、反射端面10b側のミラーの反射率を出射端面10a側のミラーよりも高くすることにより、出射端面10a側からレーザ発振が可能なように構成されている。
半導体部10は限定されず、公知のものを用いることができる。具体的には、GaNやGaAs、GaP、InP等の化合物半導体を用いて、多重量子井戸構造や単一量子井戸構造とすることができる。
(電極20)
本実施形態の電極20は、図1に示すように、第1領域21、第2領域22、第3領域23及び第4領域24から構成されている。
平面視において、第1領域21は、出射端面10a端部(又はその近傍)から反射端面10b端部(又はその近傍)にわたって形成されており、光導波路領域と重複するように配置される。第1領域21の出射端面10a側から反射端面10b側までは同一幅であるのが好ましい。これにより、光導波路領域全体に電流をムラなく供給することができる。
第2〜4領域(22、23、24)は、平面視において第1領域21から半導体部10の側面方向に延伸する部位である。本実施形態では、第2〜4領域(22、23、24)は、図1に示すように第1領域21からx軸方向の半導体部の側面側に延伸する形状であるが、x軸方向とは反対方向の半導体部の側面側(すなわち、−x軸方向側)に延伸させる形状でも良いし、それぞれ異なる方向に延伸しても良い。ここで、「半導体部の側面」とは、平面視における半導体部の4つの側面のうち出射端面10a及び反射端面10bとを除く面、すなわち、出射端面10aと反射端面10bとを結ぶ方向に平行に位置する面を指している。
第2〜4領域(22、23、24)は、ワイヤ接続部(42、43、44)を有する。ワイヤ接続部(42、43、44)は、図1では半導体レーザ素子出射端面側と反射端面側とを結ぶ方向と平行に設けられるのが、これに限定されない。
第2〜4領域(22、23、24)は、第1領域21との連結部(32、33、34)を有する。その位置は、出射端面10a側から順に、第2領域の連結部32、第4領域の連結部34、第3領域の連結部33である。連結部間の間隔は特に限定されないが、第2領域の連結部32と第4領域の連結部34との間隔と、第4領域の連結部34と第3領域の連結部33との間隔と、が一定(又は略一定)であり、その間隔よりも電極20の出射端面側端部から第2領域22までの間隔と、電極20の反射端面側端部から第3領域23までの間隔と、が小さいことが好ましい。これにより、第1領域21の電流ムラをより抑制することができる。
図1では、第3領域23の平面視における形状を、第1領域21から半導体部の側面に対して垂直方向(x軸方向)に延伸する領域と、その先端部が出射端面方向(y軸方向)に延伸する領域と、から構成している。ただ他の形状であってもよく、例えば、第3領域の連結部33から第3領域のワイヤ接続部43に向かって直線となるように、半導体部10の側面に対して斜め方向に延伸しても良い。また、第3領域23は、半導体部の側面に対して垂直方向(x軸方向)に向かって延伸する領域と、半導体部の側面に対して斜め方向に延伸する領域と、出射端面方向(y軸方向)に延伸する領域とを組み合わせて構成しても良い。なお、第3領域内で延伸方向の異なる領域が接合する地点は角部となっても良いし、曲線となっても良い。
第3の領域23の幅は、ワイヤ接続部33から連結部43まで同一幅であることに限定されず、ワイヤ接続部33から連結部43に向けて段階的にあるいは徐々に広がる形状としても良いし、段階的にあるいは徐々に狭くなる形状でも良い。なお、ワイヤ接続部43の幅は、ワイヤボンディング後に形成される結合部の直径より大きいことは言うまでもない。
図1では、第2領域22及び第4領域24は、第1領域21から半導体部の側面に対して垂直方向(x軸方向)に延伸する形状であるが、これに限定されない。
第1領域から延伸する領域は、図1のように第2〜4領域(22、23、24)の3つに限定されることなく、半導体レーザ素子やワイヤの寸法、その他の種々のパラメータを考慮して、第4領域24を設けないでも良いし、あるいは3つ以上の領域にしても良い。
なお、本実施形態では、半導体部10を挟んで電極20と対向する側にもう一方の電極が設けられるが、これに限定されない。
(その他)
ヒートシンク50は、アイレット60の上に設けられる部材である。ヒートシンク50の半導体レーザ素子マウント面50aには、半導体レーザ素子100をマウントするためのサブマウント80が設けられ、そのサブマウント80上に半導体レーザ素子100が設けられている。ヒートシンク50は、例えば、Cu、Fe、CuW、CuMo、AlN、AlNにAuメッキを施したもの等から構成されている。また、ヒートシンク50は、窒素ガス雰囲気中で図示を省略しているキャップにより封止され、このキャップは半導体レーザ素子100からのレーザ光が出射する領域がガラス等の透明な部材で構成されている。
アイレット60は、半導体レーザ素子100の外部配線であるアウターリード70を貫通する孔を複数備えた円板であり、例えばFe等の金属から構成されている。
アウターリード70は、例えば、Cu、Al、Ta、Cr等の金属や合金等からなる一般的な電極用金属材料から構成されている。
サブマウント80は、例えば、基板上にTi/Pt/Au、Ni/Au等の薄膜を積層した薄膜から構成されている。なお、サブマウントの基板は、例えば、セラミックスや、放熱のために熱伝導性の高い部材(AlN、CuW、ダイヤモンド、SiC)を用いることができる。ここで本明細書において「/」とは、左側の材料及び右側の材料を順に積層することを意味する。
本発明に係る半導体レーザ素子は、特に高出力が要求されるプロジェクタ、レーザテレビ等に利用することができる。
100・・・半導体レーザ素子
10・・・・半導体部
10a・・・出射端面
10b・・・反射端面
20・・・・電極
21・・・・第1領域
22・・・・第2領域
23・・・・第3領域
24・・・・第4領域
30・・・・連結部
32・・・・第2領域の連結部
33・・・・第3領域の連結部
34・・・・第4領域の連結部
40・・・・ワイヤ接続部
42・・・・第2領域のワイヤ接続部
43・・・・第3領域のワイヤ接続部
44・・・・第4領域のワイヤ接続部

200・・・半導体レーザ装置
50・・・・ヒートシンク
50a・・・半導体レーザ素子マウント面
60・・・・アイレット
70・・・・アウターリード
80・・・・サブマウント

Claims (5)

  1. 出射端面及び反射端面を有する半導体部と、前記半導体部上に設けられた電極と、を有する半導体レーザ素子であって、
    前記電極は、出射端面と反射端面との間に設けられた第1領域と、前記第1領域から前記半導体部の側面側に延伸する第2領域と、前記第2領域よりも反射端面側に設けられ前記第1領域から前記半導体部の側面側に延伸する第3領域と、を有し、
    前記第2領域は、前記第1領域に連結する連結部及びワイヤを接続するためのワイヤ接続部を有し、
    記第3領域は前記第2領域とは異なる位置に、前記第1領域に連結する連結部及びワイヤを接続するためのワイヤ接続部を有し、
    前記第3領域の連結部は、前記第3領域のワイヤ接続部より反射端面側に設けられていることを特徴とする半導体レーザ素子。
  2. 前記電極は、前記第2領域と前記第3領域との間に第1領域から延伸する第4領域を有し、
    前記第4領域は、前記第1領域に連結する連結部及びワイヤを接続するためのワイヤ接続部を有することを特徴とする請求項1に記載された半導体レーザ素子。
  3. 前記電極の出射端面側端部から前記第2領域の連結部までの間隔が、前記第2領域の連結部と前記第4領域の連結部との間隔より小さく、
    前記電極の反射端面側端部から前記第3領域の連結部までの間隔が、前記第3領域の連結部と前記第4領域の連結部との間隔より小さいことを特徴とする請求項2に記載の半導体レーザ素子。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体レーザ素子を有する半導体レーザ装置であって、
    前記ワイヤ接続部のそれぞれに、ワイヤが接続されていることを特徴とする半導体レーザ装置。
  5. 請求項4に記載の半導体レーザ装置は、さらに、アイレット及びサブマウントを備え、
    前記サブマウントは、前記アイレット上に配置され、
    前記半導体レーザ素子は、前記サブマウントの主面に、反射端面が前記アイレットと対向するように設けられることを特徴とする半導体レーザ装置。
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