JPH0685388A - 半導体レーザ装置および光送信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体レーザ素子の素子電極と外部電極との
間のボンディングワイヤの長さに起因する寄生インダク
タンスを減らした半導体レーザ装置を提供する。 【構成】 Ｌ字型のヒートシンク６の内側底面にサブキ
ャリア４を載せ、その上に半導体レーザ素子１を固定
し、素子１の上面電極３と外部電極となるヒートシンク
６のＬ字内側側面とが約９０°以下となるように配置
し、両電極３と１３とを接続するボンディングワイヤ５
の長さが短くなるようにした。 【効果】 従来は素子１の上面電極３と外部電極１３と
が同一平面上になるように設置されていたが、本発明の
ように約９０゜以下となるように配置すると、両電極
３,１３を接続するワイヤ５の長さを短くできる。その
結果、寄生インダクタンスが減少し、半導体レーザ素子
１の高周波特性が大幅に向する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体レーザ装置に係
り、特に、半導体レーザ素子の実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は、従来の半導体レーザ装置の実装
構造の一例を示す図である。従来の半導体レーザ装置に
おいては、半導体レーザ素子１の上面電極３と外部電極
１３とが、同一平面上に設置され、ボンディングワイヤ
５により接続されていた。この種の従来技術を示す文献
としては、伊藤良一，中村道治共著 『半導体レーザ』
(培風館 1989／4／25発行 ｐ.232.236参照)等がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、半導
体レーザ素子１の電極３と外部電極１３とを同一平面上
に設置した状態で、ボンディングワイヤ５により接続し
てあるため、両電極３と１３との間のボンディングワイ
ヤ５が長くなり、寄生インダクタンスが大きく、高周波
特性が悪いという問題があった。

【０００４】本発明の目的は、ボンディングワイヤが長
いことに起因する寄生インダクタンスを減らした半導体
レーザ装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、半導体レーザ素子の上面電極と外部電極
とを約９０゜以下の角度をなすように設置し、上面電極
と外部電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体
レーザ装置を提案するものである。

【０００６】本発明は、上記目的を達成するために、よ
り具体的には、金属製のＬ字型ヒートシンクと、上面お
よび下面をメタライズされ下面をヒートシンクのＬ字内
側底面に固定された直方体状の絶縁物であるサブキャリ
アと、上面および下面に電極を有し下面をサブキャリア
の上面に固定され上面電極とヒートシンクのＬ字内側側
面とが約９０゜以下の角度をなすように設置された半導
体レーザ素子とからなり、ヒートシンクのＬ字内側側面
を外部電極としてこの外部電極と半導体レーザ素子の上
面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レー
ザ装置を提案するものである。

【０００７】本発明は、また、上記目的を達成するため
に、直方体状の金属製ヒートシンクと、一つの面Ａとこ
の面Ａに隣接する一つの面Ｂとをメタライズにより導通
させ面Ａの裏面Ｃを面Ａ，Ｂとは絶縁してメタライズし
面Ｃをヒートシンクの一つの面Ｄ上に固定された直方体
状の絶縁物であるサブキャリアと、上面および下面に電
極を有し下面をサブキャリアの面Ｂ上に固定され上面電
極とヒートシンクの面Ｄとが約９０°以下の角度をなす
ように設置された半導体レーザ素子とからなり、面Ｄを
外部電極としてこの外部電極Ｄと半導体レーザ素子の上
面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レー
ザ装置を提案するものである。

【０００８】この直方体状の金属性ヒートシンクの場合
は、ヒートシンクに段差を設け、サブキャリアをヒート
シンクの下段表面に固定し、半導体レーザ素子の上面電
極とヒートシンクの上段表面とを金属ワイヤ等で電気的
に接続することもできる。

【０００９】本発明は、さらに、上記目的を達成するた
めに、Ｌ字内側底面をメタライズしＬ字内側底面とは電
気的に絶縁してかつＬ字内側側面とＬ字外側底面とが導
通するようにメタライズされた絶縁物であるＬ字型サブ
キャリアと、上面および下面に電極を有し下面をサブキ
ャリアのＬ字内側底面上に固定され上面電極とヒートシ
ンクのＬ字内側側面とが約９０°以内の角度をなすよう
に設置された半導体レーザ素子とからなり、Ｌ字内側側
面を外部電極としてこの外部電極と半導体レーザ素子の
上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した半導体レ
ーザ装置を提案するものである。

【００１０】本発明は、上記目的を達成するために、Ｌ
字内側底面をメタライズしＬ字内側底面とは電気的に絶
縁状態でＬ字内側側面とＬ字上面とが導通するようにメ
タライズされた絶縁物であるＬ字型サブキャリアと、上
面および下面に電極を有し下面をサブキャリアのＬ字内
側底面上に固定され上面電極とＬ字内側側面とが約９０
°以内の角度をなすように設置された半導体レーザ素子
とからなり、Ｌ字内側側面を外部電極としてこの外部電
極と半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電
気的に接続した半導体レーザ装置を提案するものであ
る。

【００１１】上記いずれの場合も、金属ワイヤと外部電
極とを溶接固定する際に金属ワイヤの先端を位置決めす
るための溝を外部電極の表面に設けてもよい。

【００１２】本発明は、また、上記目的を達成するため
に、金属製のコの字型ヒートシンクと、下面をヒートシ
ンクのコの字内側底面に固定され上面および下面をメタ
ライズされた直方体状の絶縁物であるサブキャリアと、
上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアの上面
に固定された半導体レーザ素子とからなり、ヒートシン
クのコの字内側上面の下に近接して位置する半導体レー
ザ素子の上面電極とヒートシンクのコの字内側上面との
間を固定材で電気的に接続した半導体レーザ装置を提案
するものである。

【００１３】上記いずれかの半導体レーザ装置と、半導
体レーザ装置に電力を供給する手段と、半導体レーザ装
置から出力されるレーザ光を外部に接続された光ファイ
バに導く光学系を組み合わせれば、本発明独自の光送信
装置が得られる。

【００１４】

【作用】図１は、本発明による半導体レーザ装置の実装
構造の基本的考え方を示す図である。本発明において
は、半導体レーザ素子１の上面電極３と外部電極１３
が、最大でも直角程度以下の角度をなすように、半導体
レーザ素子１と外部電極１３とを配置して固定し、上面
電極３と外部電極１３との間をボンディングワイヤ５等
で接続する。

【００１５】また、半導体レーザ素子をサブキャリア上
に固定する方式を採用した場合は、半導体レーザ素子お
よびサブキャリアを、例えばコの字型のヒートシンクの
内側に載せ、半導体レーザ素子の上面電極とその上に近
接するヒートシンクのコの字内側の面との間をはんだ等
で接続する方式も採用する。

【００１６】このようにすると、半導体レーザ素子の電
極と外部電極との間の接続距離を従来の構造よりもはる
かに短くできるので、寄生インダクタンスが減少し、高
周波特性が向上する。

【００１７】

【実施例】次に、図３〜図１２を参照して、本発明によ
る半導体レーザ装置の実施例を説明する。これらの実施
例は、特に高周波特性が重要となる高速光通信用半導体
レーザ素子の実装構造に関するものであるが、他の用途
の半導体レーザ装置に対しても本発明が有効であること
は、いうまでもない。

【００１８】図３は、本発明による半導体レーザ装置の
第１実施例の実装構造を示す斜視図である。本実施例で
は、半導体レーザ素子１をサブキャリア４の上面７に固
定してある。サブキャリア４は、例えば長さ０.６mm×
幅０.４mm×厚さ０.３mmの大きさのＳｉＣ，アルミナ等
の熱伝導性の良いセラミック材からなる。サブキャリア
４の上面７とここでは見えない下面とは、厚さ２μmの
Ｎｉめっきおよび厚さ１.５μmのめっきによりメタライ
ズし、コバール製のＬ字型ヒートシンク６の内側底面に
銀ろうまたははんだで固定してある。ヒートシンク６の
Ｌ字内側側面には、ボンディングワイヤ５の先端を位置
決めし固定するための溝８を予め形成してある。

【００１９】図４は、第１実施例の半導体レーザ装置の
組立て手順の前半を示す図である。サブキャリア４の上
面７に、Ａｕ/ＳｎまたはＰｂ/Ｓｎ等のはんだを用い
て、例えば長さ０.３mm×幅０.３mm×厚さ０.１mmの半
導体レーザ素子１を固定する。その後、ワイヤボンダ１
０により、半導体レーザ素子１の上面電極３にＡｕのワ
イヤ５をボンディングする。

【００２０】図５は、第１実施例の半導体レーザ装置の
組立て手順の後半を示す図である。一端を半導体レーザ
素子１の上面電極３に固定され直立しているボンディン
グワイヤ５を曲げ、ヒートシンク６の溝８内に通し、ワ
イヤ５とヒートシンク６とを溶接用レーザ光１２により
溶接して接続し、作業を完了する。

【００２１】ワイヤ５とヒートシンク６との接続は、ボ
ンディングやはんだ付けでもできるが、その場合は、ヒ
ートシンク６をヒートブロック等で温める必要があるの
で、レーザ溶接に比べて、生産効率が低い。

【００２２】図６は、本発明による半導体レーザ装置の
第２実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例に
おいては、ヒートシンク６をＬ字型ではなく、製作の容
易な直方体とし、サブキャリア４と接合してある。

【００２３】図７は、本発明による半導体レーザ装置の
第３実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例に
おいては、図６実施例のヒートシンク６に段差を設け、
サブキャリア４を下段に固定し、ボンディングワイヤ５
を前記段差の上段に固定してある。図７の実施例は、図
６の実施例に比べて、ボンディングワイヤ５の長さをさ
らに短くできる。

【００２４】図８は、本発明による半導体レーザ装置の
第４実施例の実装構造を示す正面図である。ＳｉＣ，ア
ルミナ等の熱伝導性の良いセラミック材でＬ字型サブキ
ャリア４を作ることは、図３の実施例と同じである。

【００２５】しかし、本実施例においては、上面７のみ
ならず、表面１４もメタライズして電気線路を形成し、
半導体レーザ素子１およびボンディングワイヤ５をメタ
ライズされた面上に固定してあるので、金属製ヒートシ
ンク６を省き、部品点数を減らすことができる。

【００２６】図９は、本発明による半導体レーザ装置の
第５実施例の実装構造を示す正面図である。本実施例の
ように、図８の実施例からメタライズパターンを変える
と、半導体レーザ素子１の上面とサブキャリア４の底面
メタライズパターン１６とを分離し、底面メタライズパ
ターン１６を他の構造物への固定に利用することも可能
である。

【００２７】図１０は、本発明による半導体レーザ装置
の第６実施例の実装構造を示す斜視図であり、図１１
は、図１０の実施例の正面図である。本実施例において
は、コの字型ヒートシンク６を用い、半導体レーザ素子
１の上面電極３とヒートシンク６のコの字内側上面とを
例えば間隙０.１mm以内に近接させ、その間隙をはんだ
１５により接続してある。したがって、接続部分の長さ
をより一層短縮できる。

【００２８】図１２は、本発明による半導体レーザ装置
を搭載した光送信装置の内部構造を示す断面図である。
すなわち、上記いずれかの半導体レーザ装置をパッケー
ジに組み込んで、光通信用の光送信装置を実現する実施
例を示している。本実施例において、半導体レーザ装置
１７から発射されるレーザ光２７は、レンズ１９により
コリメートされ、光アイソレータ２２を通過し、レンズ
２０で集光され、光ファイバ１８に入射する。なお、図
において、２１は気密封止ガラス板、２３はモニタ用フ
ォトダイオード、２４は温度を制御する電子冷却装置、
２５はケース、２６は気密封止キャップであり、ケース
２５内は例えば窒素ガスで気密封止されている。また、
図１２の半導体レーザ装置１７は、例えば図３の左側か
ら見た向きで、電子冷却装置２４に搭載されている。

【００２９】本実施例においても、半導体レーザ素子と
外部電極との間の接続長を従来装置よりも大幅に短くで
きるので、寄生インダクタンスが減少し、高周波特性が
良くなる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、半導体素子と外部電極
との間の接続長を従来装置よりも短くできるため、寄生
インダクタンスが減少し、高周波特性が改良された半導
体レーザ装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザ装置の実装構造の基
本的考え方を示す図である。

【図２】従来の半導体レーザ装置の実装構造の一例を示
す図である。

【図３】本発明による半導体レーザ装置の第１実施例の
実装構造を示す斜視図である。

【図４】第１実施例の半導体レーザ装置の組立て手順の
前半を示す図である。

【図５】第１実施例の半導体レーザ装置の組立て手順の
後半を示す図である。

【図６】本発明による半導体レーザ装置の第２実施例の
実装構造を示す正面図である。

【図７】本発明による半導体レーザ装置の第３実施例の
実装構造を示す正面図である。

【図８】本発明による半導体レーザ装置の第４実施例の
実装構造を示す正面図である。

【図９】本発明による半導体レーザ装置の第５実施例の
実装構造を示す正面図である。

【図１０】本発明による半導体レーザ装置の第６実施例
の実装構造を示す斜視図である。

【図１１】図１０の実施例の正面図である。

【図１２】本発明による半導体レーザ装置を搭載した光
送信装置の内部構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 半導体レーザ素子 ２ 発光点 ３ 上面電極 ４ サブキャリア ５ ボンディングワイヤ ６ ヒートシンク ７ サブキャリア上面 ８ ワイヤ固定用溝 ９ 溶接部 １０ ワイヤボンダ １１ レーザ溶接装置 １２ レーザ光 １３ 外部電極 １４ メタライズ部 １５ はんだ １６ サブキャリア底面 １７ 半導体レーザ装置 １８ 光ファイバ １９ レンズ ２０ レンズ ２１ 気密封止ガラス ２２ 光アイソレータ ２３ モニタ用フォトダイオード ２４ 電子冷却装置 ２５ ケース ２６ 気密封止キャップ ２７ レーザ光

フロントページの続き (72)発明者 熊沢 鉄雄 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザ素子の上面電極と外部電極
   とを約９０゜以下の角度をなすように設置し、前記上面
   電極と前記外部電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続し
   た半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 金属製のＬ字型ヒートシンクと、 上面および下面をメタライズされ前記下面を前記ヒート
   シンクのＬ字内側底面に固定された直方体状の絶縁物で
   あるサブキャリアと、 上面および下面に電極を有し前記下面を前記サブキャリ
   アの上面に固定され前記上面電極と前記ヒートシンクの
   Ｌ字内側側面とが約９０゜以下の角度をなすように設置
   された半導体レーザ素子とからなり、 前記ヒートシンクのＬ字内側側面を外部電極として当該
   外部電極と前記半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワ
   イヤ等で電気的に接続した半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 直方体状の金属製ヒートシンクと、 一つの面Ａと当該面Ａに隣接する一つの面Ｂとをメタラ
   イズにより導通させ前記面Ａの裏面Ｃを前記面Ａ，Ｂと
   は絶縁してメタライズし前記面Ｃを前記ヒートシンクの
   一つの面Ｄ上に固定された直方体状の絶縁物であるサブ
   キャリアと、 上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの
   面Ｂ上に固定され前記上面電極と前記ヒートシンクの面
   Ｄとが約９０°以下の角度をなすように設置された半導
   体レーザ素子とからなり、 前記面Ｄを外部電極として当該外部電極Ｄと半導体レー
   ザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的に接続した
   半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の半導体レーザ装置にお
   いて、 前記直方体状の金属製ヒートシンクに段差を設け、 前記サブキャリアを前記ヒートシンクの下段表面に固定
   し、 前記半導体レーザ素子の上面電極と前記ヒートシンクの
   上段表面とを金属ワイヤ等で電気的に接続したことを特
   徴とする半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 Ｌ字内側底面をメタライズし前記Ｌ字内
   側底面とは電気的に絶縁してかつＬ字内側側面とＬ字外
   側底面とが導通するようにメタライズされた絶縁物であ
   るＬ字型サブキャリアと、 上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの
   Ｌ字内側底面上に固定され上面電極と前記ヒートシンク
   のＬ字内側側面とが約９０°以内の角度をなすように設
   置された半導体レーザ素子とからなり、 前記Ｌ字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記
   半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的
   に接続した半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 Ｌ字内側底面をメタライズし前記Ｌ字内
   側底面とは電気的に絶縁状態で前記Ｌ字内側側面とＬ字
   上面とが導通するようにメタライズされた絶縁物である
   Ｌ字型サブキャリアと、 上面および下面に電極を有し下面をサブキャリアのＬ字
   内側底面上に固定され上面電極と前記Ｌ字内側側面とが
   約９０°以内の角度をなすように設置された半導体レー
   ザ素子とからなり、 前記Ｌ字内側側面を外部電極として当該外部電極と前記
   半導体レーザ素子の上面電極とを金属ワイヤ等で電気的
   に接続した半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 請求項２ないし６のいずれか一項に記載
   の半導体レーザ装置において、 前記金属ワイヤと外部電極とを溶接固定する際に前記金
   属ワイヤの先端を位置決めするための溝を前記外部電極
   の表面に設けたことを特徴とする半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 金属製のコの字型ヒートシンクと、 下面を前記ヒートシンクのコの字内側底面に固定され上
   面および下面をメタライズされた直方体状の絶縁物であ
   るサブキャリアと、 上面および下面に電極を有し下面を前記サブキャリアの
   上面に固定された半導体レーザ素子とからなり、 前記ヒートシンクのコの字内側上面の下に近接して位置
   する前記半導体レーザ素子の上面電極と前記ヒートシン
   クのコの字内側上面との間を固定材で電気的に接続した
   半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか一項に記載の半
   導体レーザ装置と、 前記半導体レーザ装置に電力を供給する手段と、 前記半導体レーザ装置から出力されるレーザ光を外部に
   接続された光ファイバに導く光学系とからなる光送信装
   置。