JPH06334257A

JPH06334257A - 半導体レーザ素子

Info

Publication number: JPH06334257A
Application number: JP11684193A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Miyawaki; 勝己宮脇
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】放熱効率が良く、発光効率の低下が防止でき
る半導体レーザ素子を得ることを目的とする。【構成】放熱用サブマウント３の上にＬＤチップ１が
半田（図示せず）により接着されている。ＬＤチップ１
の上面には電極２が設けられ、電極２の上には新たな放
熱板１３が設けられている。【効果】放熱板１３の効果で、レーザ発振に伴うＬＤ
チップ１の温度上昇が抑制されて、レーザ素子の発光効
率の低下を防止できる。また、幅広の１枚の放熱板で形
成すれば、構造的に強固となり、形成不良や外部衝撃に
よる破損を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ素子、特
にレーザチップ構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の半導体レーザ素子の構造
を示す断面図である。レーザ光を発振するレーザチップ
（以後ＬＤチップと略記）１が、熱放散、応力緩和のた
めのサブマウント３を介して放熱用ブロック４の上に設
けられ、放熱用ブロック４は、レーザ光をモニタするフ
ォトダイオードチップ（以後ＰＤチップと略記）６が組
み込まれた土台であるステム５の上に設けられている。

【０００３】ＬＤチップ１の上面に設けられた電極２
は、電力供給用の金線１０を介してリード端子７に接続
されている。同様にＰＤチップ６も金線１０を介して、
外部装置との電気的接続を行うためのリード端子７に接
続されている。

【０００４】上述した、半導体レーザ素子を密封するた
めに、レーザ光取り出し用のガラス窓９を有するキャッ
プ８が半導体レーザ素子全体を覆うように設けられてい
る。

【０００５】図５は、サブマウント３およびＬＤチップ
１の構造を示す斜視図である。図５において、サブマウ
ント３とＬＤチップ１は半田１５を用いて接着され、図
には表されていないが電極２に対するもう１つの電極が
ＬＤチップ１とサブマウント３の接合面に設けられてい
る。ＬＤチップ１は、Ｐ−Ｎジャンクション部１１を半
田１５の溶融部から隔てるように、いわゆる、ジャンク
ションアップ法で形成されている。このジャンクション
アップの構造では、ＬＤチップ１とサブマウント３との
接着の際に、溶融した半田１５がＰ−Ｎジャンクション
部１１に付着して、Ｐ−Ｎジャンクション部１１が短絡
するなどの不都合が発生しにくいので、ＬＤチップ１と
サブマウント３の接着作業が容易になり、動作不良の半
導体レーザ素子の発生が低減され、信頼性が向上すると
いう利点がある次に動作について図４及び図５を参照し
て説明する。図４に示すＬＤチップ１は、リード端子７
に電圧を印加することで電極間に電流が流れ、レーザ発
振が始まり、図４に示すように、レーザの発光点１２か
ら、矢印で示すように２つの方向にレーザ光が放射され
る。一方のレーザ光はガラス窓９を通過して光システム
の光源として使用される。また、一方のレーザ光は、Ｐ
Ｄチップ６に入射してＬＤチップ１の光出力制御に用い
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体レーザ素
子は上記のように構成されているので、レーザ発光部で
あるＰ−Ｎジャンクション部１１が、放熱用のサブマウ
ント３から離れた位置に形成されている。このジャンク
ションアップの構造では、Ｐ−Ｎジャンクション部１１
で発生した熱は、熱伝導率の悪いＬＤチップ１を通って
サブマウント３に流れることになるので放熱効率が低か
った。そのため、高出力レーザ素子などにおいては、Ｐ
−Ｎジャンクション部１１の温度上昇により、レーザ素
子の性能の示標となる発光効率が低下するなどの問題が
あった。

【０００７】本発明は上記のような問題を解決するため
になされたものであり、信頼性の高い半導体レーザ素子
を製造でき、かつ、放熱効率が良く、発光効率の低下が
防止できる半導体レーザ素子を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レー
ザ素子の第１の態様は、冷却のための第１の放熱体と、
前記第１の放熱体の上に設けられた、ジャンクションア
ップ構造のレーザチップとを有し、前記レーザチップの
上部電極の上に密着して、第２の放熱体を備えている。

【０００９】本発明に係る半導体レーザ素子の第２の態
様は、前記第２の放熱体が、単数の放熱板で形成されて
いる。

【００１０】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の態
様は、前記第２の放熱体が、複数の放熱板で形成されて
いる。

【００１１】本発明に係る半導体レーザ素子の第４の態
様は、前記第２の放熱体が、金属線をボンディングして
形成されている。

【００１２】本発明に係る半導体レーザ素子の第５の態
様は、前記第２の放熱体が、金属リボンをボンディング
して形成されている。

【００１３】

【作用】本発明に係る半導体レーザ素子の第１の態様に
よれば、第２の放熱体を設けることで、レーザチップの
動作に伴って発生する熱を効率良く放熱することがで
き、レーザチップの温度上昇を抑制することができる。

【００１４】本発明に係る半導体レーザ素子の第２の態
様によれば、第２の放熱体を単数の放熱板で形成するこ
とで、放熱板の構造が単純なものとなり、強固な構造を
得ることができ、かつ、マスクパターンも簡単な構造で
済むので形成工程も簡略化できる。

【００１５】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の態
様によれば、第２の放熱体を複数の放熱板で形成するの
で、放熱面積を広くすることができて放熱効果が向上す
る。

【００１６】本発明に係る半導体レーザ素子の第４の態
様によれば、第２の放熱体を金属ワイヤをボンディング
して形成するので、容易に形成することができる。

【００１７】本発明に係る半導体レーザ素子の第５の態
様によれば、第２の放熱体を金属リボンをボンディング
して形成するので、容易に形成でき、かつ、放熱面積を
広くすることができて放熱効果が向上する。

【００１８】

【実施例】図１に、本発明に係る半導体レーザ素子の第
１の実施例を示す。図１において、従来からの放熱用サ
ブマウント３の上にＬＤチップ１が半田（図示せず）に
より接着されている。ＬＤチップ１の上面には電極２が
設けられ、電極２の上には新たな放熱板１３が設けられ
ている。その他の構成は図５に示す従来のレーザ素子と
同様である。

【００１９】放熱板１３の材料としては、熱伝導性や電
極２との密着性などの点から、電極２と同じ材料を使用
するのが望ましいが、上記の性質を満足するものであれ
ば他の材料でも良い。ちなみに、電極２の材料としては
一般的に金または金を含む合金などが使用される。ま
た、放熱板１３は蒸着法あるいはメッキ法などで形成さ
れる。メッキ法であれば放熱板１３を厚めに形成するこ
とができ、また、蒸着法であれば工程が簡単であるな
ど、各々の特徴が異なるので目的に応じて使い分けるこ
とが望ましい。

【００２０】次に動作について説明する。ＬＤチップ１
は、電極間に動作電圧を印加することで電極間に電流が
流れてレーザ発振が始まり、同時にＰ−Ｎジャンクショ
ン部１１の温度が上昇する。ここで発生した熱は主に、
サブマウント３および放熱板１３を有する電極２に流れ
るが、サブマウント３に流れるためには熱伝導率の悪い
ＬＤチップ１の内部を長距離に渡って通過することにな
り、放熱効率は低い。一方、電極２はＰ−Ｎジャンクシ
ョン部１１に近接しているため、発生した熱は直ちに電
極２に到達して熱伝導のよい放熱板１３で放熱されるの
で、ＬＤチップ１全体では放熱効率が向上することにな
る。

【００２１】以上のように、放熱板１３の効果で、レー
ザ発振に伴うＬＤチップ１の温度上昇が抑制されて、レ
ーザ素子の発光効率の低下を防止できる。

【００２２】また、図１のように幅広の１枚の放熱板で
形成すれば、構造的に強固となり、形成不良や外部衝撃
による破損を防止することができる。

【００２３】図２に、本発明に係る半導体レーザ素子の
第２の実施例を示す。図２において、放熱板１４は、薄
い放熱板が複数集まったフィン構造で形成されている。
その他の構成は、実施例１と同様である。フィン構造に
することによって、表面積が広くなるので放熱効率が、
より向上する。

【００２４】図３に、本発明に係る半導体レーザ素子の
第３の実施例を示す。図３において、電極２の上には、
ワイヤボンドで接合された金属ワイヤ１５が設けられて
いる。金属ワイヤ１５は、超音波振動と熱圧着を併用
し、最初にボールボンドを行い、続いてステッチボンド
を繰り返すサーモソニックボンディング法によって電極
２に接合される。接合する金属ワイヤは図３のように複
数でもよいし、単数でもよく、ＬＤチップ１の発熱量に
応じて加減することが望ましい。その他の構成は、実施
例１と同様である。この方法であれば、容易に金属ワイ
ヤ１５を電極２に接合することができ、所望の放熱体を
形成できるので、従来の半導体レーザ素子の製造工程に
簡単な工程を加えるだけで、放熱効率が向上した素子を
得ることができる。

【００２５】また、上記第３の実施例は以下に説明する
変形が可能である。すなわち、実施例３の金属ワイヤ１
５の代わりに金属リボンをボンディングで電極２に接合
しても良い。その他の構成は、実施例３と同様である。
ワイヤよりも表面積の広いリボンであれば、より高い放
熱効果を期待できる。

【００２６】

【発明の効果】請求項１記載の半導体レーザ素子によれ
ば、第２の放熱体を設けることで、レーザチップの動作
に伴って発生する熱を効率良く放熱することができ、レ
ーザチップの温度上昇を抑制することができるので、レ
ーザ発振に伴うレーザチップの温度上昇が抑制されて、
レーザ素子の発光効率の低下を防止できる。

【００２７】請求項２記載の半導体レーザ素子によれ
ば、第２の放熱体を単数の放熱板で形成することで、放
熱板の構造が単純なものとなり、強固な構造を得ること
ができ、形成不良や外部衝撃による破損などが低減さ
れ、かつ、マスクパターンも簡単な構造となり形成工程
が簡略化できるので、従来の部留まりを維持しつつ、性
能を向上した半導体レーザ素子を得ることができる効果
がある。

【００２８】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の態
様によれば、第２の放熱体を複数の放熱板で形成するの
で、放熱面積を広くすることができ放熱効率をより向上
する効果がある。

【００２９】本発明に係る半導体レーザ素子の第４の態
様によれば、技術的に確立されたワイヤボンディングに
より第２の放熱体を形成するので、形成工程が容易であ
り、かつ、構造的な不良の発生が少ないので、従来の部
留まりを維持する効果がある。

【００３０】本発明に係る半導体レーザ素子の第５の態
様によれば、第２の放熱体を金属リボンをボンディング
して形成するので、形成工程が容易であり、かつ、放熱
面積を広くすることができて放熱効率がより向上する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の第１の実施例
を示す斜視図である。

【図２】本発明に係る半導体レーザ素子の第２の実施例
を示す斜視図である。

【図３】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の実施例
を示す斜視図である。

【図４】従来の半導体レーザ素子の構造を示す断面図で
ある。

【図５】従来の半導体レーザ素子の構造を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１レーザチップ２上部電極３サブマウント１０金線１１Ｐ−Ｎジャンクション部１２発光点１３、１４放熱板１５金属ワイヤ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却のための第１の放熱体と、前記第１の放熱体の上に設けられた、ジャンクションア
ップ構造のレーザチップとを有し、前記レーザチップの
上部電極の上に密着して、第２の放熱体を設けたことを
特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】前記第２の放熱体を、単数の放熱板で形
成したことを特徴とする、請求項１記載の半導体レーザ
素子。
【請求項３】前記第２の放熱体を、複数の放熱板で形
成したことを特徴とする、請求項１記載の半導体レーザ
素子。
【請求項４】前記第２の放熱体を、金属線をボンディ
ングして形成したことを特徴とする、請求項１記載の半
導体レーザ素子。
【請求項５】前記第２の放熱体を、金属リボンをボン
ディングして形成したことを特徴とする、請求項１記載
の半導体レーザ素子。