CN114424415B - 光半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

具备在表面形成有扩散接合层(23b)的安装部件(22)，设置有发光部(21b)且在背面形成有扩散接合层(23a)的光半导体元件(21)，以及通过扩散接合层(23b)与扩散接合层(23a)的扩散接合而形成的电极层(23)，光半导体元件(21)的发光部(21b)在光半导体元件(21)的侧面设置在靠近安装部件(22)的位置，不需要使用焊料以及Ag膏等，不仅防止在光半导体元件的发光部中由焊料引起的污染，还使发光部进一步接近安装部件侧，而实现散热特性的提高。

Description

光半导体装置的制造方法
技术领域
本申请涉及光半导体装置以及其制造方法。
背景技术
在光半导体装置中，随着半导体激光元件的高输出化，散热性优异的下表面发光型的半导体激光元件逐渐得到采用。如专利文献1所记载，在下表面发光型的半导体激光元件中，激光的振荡部(发光部)形成于半导体激光元件的下表面侧(与焊料之间的接合部侧)。这样，通过将产生热的发光部配置在更靠近安装件的位置，能够得到散热特性优异的半导体装置。
专利文献1：日本特开2002-359427号公报(第0006段，图13)
然而，在这样的下表面发光型的半导体激光元件中，若焊料向其端面之上爬升，则发光部中产生由焊料引起的短路等不良。因此，存在半导体激光元件中产生无法进行激光的振荡之类的不良的问题。
发明内容
本申请公开用于解决上述课题的技术，其目的在于，提供一种在半导体激光元件中可靠地进行激光的振荡的能够以低成本得到的光半导体装置以及其制造方法。
本申请所公开的光半导体装置的特征在于，具备：安装部件，在表面形成有第一接合材料或接合层；光半导体元件，设置有发光部或受光部，且在背面形成有第二接合材料或接合层；以及电极层，通过上述第一接合材料或接合层与上述第二接合材料或接合层的扩散接合而形成，上述光半导体元件的上述发光部或上述受光部在上述光半导体元件的侧面设置在靠近上述安装部件的位置。
本申请所公开的光半导体装置的制造方法的特征在于，具备如下工序：并排排列多个将设置有发光部或受光部且在背面形成有第二接合材料或接合层的光半导体元件载置于在表面形成有第一接合材料或接合层的安装部件而成的组合，并且用夹具夹持上述组合；和在真空中加热用上述夹具夹持的安装部件与光半导体元件的多个组合，通过上述第一接合材料或接合层与上述第二接合材料或接合层的扩散接合，将上述安装部件与上述光半导体元件接合，在上述光半导体元件的设置有上述发光部或上述受光部的面进行绝缘膜的成膜。
根据本申请，不需要使用焊料以及Ag膏等，不仅防止在光半导体元件的发光部或受光部中由焊料引起的污染，还能够使发光部或受光部进一步接近安装部件侧，从而能够实现散热特性的提高。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的结构的主视图。
图2是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的结构的侧视图。
图3是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的制造工序的图。
图4是表示实施方式1所涉及的光半导体装置的制造方法的顺序的流程图。
图5是用于说明实施方式1所涉及的光半导体装置的其他结构的图。
图6是用于说明实施方式2所涉及的光半导体装置的制造方法的图。
具体实施方式
实施方式1
图1是表示本申请的实施方式1所涉及的光半导体装置101的结构的主视图。图2是表示本申请的实施方式1所涉及的光半导体装置101的结构的侧视图。如图1以及图2所示，在光半导体装置101中，光半导体元件21搭载于安装部件22的表面。
光半导体元件21与安装部件22的表面接合。光半导体元件21为了提高排热效率，将光半导体元件21中温度高的发光部21b在光半导体元件21的厚度方向上靠近与光半导体元件接合的安装部件侧而设置。此外，虽然这里为发光部，但也可以为受光部。
安装部件22在表面接合光半导体元件21，对由光半导体元件21产生的热进行散热。安装部件22为了使从光半导体元件21的发光部21b产生的热有效地排热，而尤其接合到发光部21b的旁边。作为构成安装部件22的材料，也可以使用陶瓷、半导体或金属。
以往，光半导体元件与安装部件的接合虽然使用焊料或Ag膏等，但若不进行使光半导体元件从安装部件的端部突出等不在具有发光部的面与安装部件的端部之间留出距离，则因焊料或Ag膏等的溢出，而附着于发光部，导致特性劣化。
另外，在以往的光半导体装置中，由于实施于发光部或受光部的膜材料为绝缘膜，所以使光半导体元件与安装光半导体元件的安装部件间的热阻值、电阻值增大，对于热阻值的增大，由光半导体元件的发光、或受光时的发热导致的光半导体元件自身的温度变高，使发光输出、或受光输出降低等，使特性劣化。特别是在近年来的芯片微小化且高输出化的趋势中影响变得非常大。另外，对于电阻值的增大，使功耗增大，因此不能对近年的低功耗化做出贡献。并且，若热阻值以及电阻值存在偏差，则特性也存在偏差，因此品质变差。
为此，在本申请的实施方式1所涉及的光半导体装置101中，其特征在于，经由通过形成于光半导体元件21的背面的作为第一接合层(或接合材料)的扩散接合层(或扩散接合材料)23a、与形成于安装部件22的表面的作为第二接合层(或接合材料)的扩散接合层(或扩散接合材料)23b的扩散接合而形成的由金属构成的电极层23，将光半导体元件21与安装部件22接合。作为电极层23的材料，例如可列举Au。
根据本申请所公开的结构，光半导体元件21与安装部件22的接合使用基于来自电极层23的扩散接合层23a、23b的扩散接合，由此不需要使用焊料以及Ag膏等，不仅防止在光半导体元件的发光部中由焊料引起的污染，还能够使发光部更接近安装部件侧，能够实现散热特性的提高。
接下来，基于图3以及图4对实施方式1所涉及的光半导体装置101的制造方法进行说明。图3是表示实施方式1所涉及的光半导体装置101的制造工序的图。图4是表示实施方式1所涉及的光半导体装置101的制造方法的顺序的流程图。
首先，如图3的(a)所示，准备通过溅射法或蒸镀法等方法而在背面形成有作为扩散接合层23a的Au层的光半导体元件21、和通过溅射法或蒸镀法等方法而在表面形成有作为扩散接合层23b的Au层的安装部件22，如图3的(b)所示，以作为扩散接合层23a的Au层与作为扩散接合层23b的Au层重叠的方式将光半导体元件21载置于安装部件22之上(步骤S401)。其中，在光半导体元件21的表面形成有未图示的表面电极，在安装部件22的背面形成有未图示的背面电极。
接着，如图3的(c)所示，并排排列多个在安装部件22之上载置有光半导体元件21而成的组合，在各个组合之间配置用于防止光半导体元件21的表面电极以及安装部件22的背面电极的反应(扩散接合)的虚设棒24，以压力从A方向施加于整体的方式用夹具25a和夹具25b夹持(步骤S402)。虚设棒24例如使用Si制的虚设棒。
接下来，如图3的(d)所示，将用夹具25a、25b夹持的载置于安装部件22之上的光半导体元件21的多个组合设置于腔室26中，在真空中进行加热(步骤S403)。加热温度为200℃左右。
若在真空中加热到上述规定的温度，则作为扩散接合层23a的Au层与作为扩散接合层23b的Au层的Au彼此相互扩散而接合(步骤S404)。将该光半导体元件21与安装部件22进行接合的接合工序赋予排出在光半导体元件的发光或受光时发出的热的功能，是对光与电的转换效率等特性、或可靠性给予大的影响的重要的工序。
另外，在到达规定的温度后，通过溅射法或蒸镀法等，在光半导体元件21的设置有发光部21b的面侧，在包含安装部件22在内的整个面进行绝缘膜(未图示)的成膜(步骤S405)。该绝缘膜的成膜工序是用于控制光半导体元件的发光部的光的反射率的工序，是对光半导体元件的阈值等特性或可靠性给予大的影响的重要的工序。
根据以上工序，如图3的(e)所示，能够得到光半导体元件21与安装部件22通过电极层23的扩散接合层23a和扩散接合层23b进行了扩散接合的光半导体装置101。
在以往的制造方法中，仅将光半导体元件单独地并排排列多个，并在光半导体元件间配置虚设棒并且用夹具夹持，且在发光部的面进行绝缘膜的成膜，在成膜后使用焊料将光半导体元件与安装部件接合。
通过本申请的制造方法，通过同时进行接合工序和成膜工序，能够实现制造工序的简单化，能够减少制造时间以及成本。
如以上那样，根据本实施方式1所涉及的光半导体装置101，具备：安装部件22，在表面形成有扩散接合层23b；光半导体元件21，设置有发光部21b，且在背面形成有扩散接合层23a；以及电极层23，通过扩散接合层23b与扩散接合层23a的扩散接合而形成，光半导体元件21的发光部21b在光半导体元件21的侧面设置在靠近安装部件22的位置，因此，通过在光半导体元件与安装部件的接合中使用基于来自电极层的扩散接合层的扩散接合，而不需要使用焊料以及Ag膏等，不仅能够防止在光半导体元件的发光部中由焊料引起的污染，还能够使发光部进一步接近安装部件侧，能够实现散热特性的提高。
另外，通过降低光半导体元件与安装部件间的热阻值，更多地释放光半导体元件的发光或受光时的发热，由此能够抑制发光输出、或受光输出的降低，而提高特性。
另外，通过降低光半导体元件与安装部件间的电阻值，能够抑制功耗。
另外，通过减小光半导体元件与安装部件间的热阻值以及电阻值的偏差，还能够减小特性偏差而提高品质。
光半导体元件与安装部件的接合材料不需要焊料以及Ag膏等，由此还能够降低部件费、作业费等成本。
另外，光半导体元件与安装部件的接合材料不需要焊料以及Ag膏等，由此，抑制从接合部溢出而堵塞发光部或受光部所导致的不良，能够提高成品率。
根据本实施方式1所涉及的光半导体装置101的制造方法，包含如下工序：并排排列多个将设置有发光部21b且在背面形成有扩散接合层23a的光半导体元件21载置于在表面形成有扩散接合层23b的安装部件22而成的组合，并且用夹具25a、25b夹持上述组合；和在真空中加热用夹具25a、25b夹持的安装部件22和光半导体元件21的多个组合，通过扩散接合层23a与扩散接合层23b的扩散接合，将安装部件22与光半导体元件21接合，在光半导体元件21的设置有发光部21b的面进行绝缘膜的成膜，因此通过同时进行成膜工序和接合工序，能够实现制造工序的简单化，能够减少制造时间以及成本。
另外，在光半导体装置的制造工序中，由于将晶片以分层状进行制造工艺的处理，并且根据分层进行矩形等图案处理等，因此应变分布在每个晶片分层的面内且在薄板化时产生由应变引起的翘曲。由于光半导体元件从晶片切出而成，所以在对发光部、或受光部进行成膜的工序中，光半导体元件在构造上容易产生翘曲，在夹持的光半导体元件与虚设棒间、或光半导体元件间产生微小的空隙。另外，若为了缩小上述空隙而增加夹持的力，则由于光半导体元件主要由脆性材料构成，所以产生裂缝等瑕疵。另外，若为了缩小上述空隙而增厚光半导体元件的与之后安装的安装部件接合的接合面的电极而试图用电极的柔软性来吸收间隙，则由于在光半导体元件的成本构成上，电极材料比较昂贵，所以成本变高。因此，膜材料进入上述空隙，在以往的制造方法中，附着于光半导体元件的与之后安装的安装部件接合的接合面。而且，由于附着的位置、面积、附着密度因间隙的空间形状的不同而不同，所以不均匀而产生偏差。
本申请对这些问题也进行了应对，光半导体元件21与安装部件22的接合不使用焊料以及Ag膏等，而是使用Au的扩散接合，由此如图5的(a)所示，即使是翘曲状态的光半导体元件21，也能够在真空中加热用夹具25a、25b夹持的载置于安装部件22之上的光半导体元件21，并在接合工序后，继续进行成膜工序，如图5的(b)所示，即使光半导体元件维持翘曲的状态，也不仅能够得到上述实施方式1的效果，还能够得到膜材料不附着于接合面的无间隙的光半导体装置。
另外，虽然安装光半导体元件的安装部件大多使用陶瓷系，但在由母材加工成安装部件时，在通过切割等切断来切出的地方，微小的裂缝会产生在形状的棱线，因接合光半导体元件时的冲击等而产生微小切屑，并附着于光半导体元件的发光部、或受光部，导致特性恶化。
根据本申请的制造方法，防止微小切屑的产生，抑制由附着引起的不良，能够提高成品率。
实施方式2
在实施方式1的光半导体装置101的制造方法中，示出了使用虚设棒24的情况，但在实施方式2中，对不使用虚设棒的情况进行说明。
图6是用于说明实施方式2所涉及的光半导体装置101的制造方法的图。如图6所示，直接并排排列多个未形成有表面电极的光半导体元件21与未形成有背面电极的安装部件22的组合，并且用夹具25a、25b夹持。对于实施方式2所涉及的光半导体装置101的其他制造方法，与实施方式1的光半导体装置101同样，对应的部分标注相同的附图标记并省略其说明。
在本实施方式2中，光半导体元件21的表面电极以及安装部件22的背面电极在光半导体元件21与安装部件22的接合工序以及成膜工序之后形成。
以往，在将多个上述光半导体元件在对齐发光部、或受光部后用夹具进行夹持来成膜的情况下，为了在夹持时使光半导体元件彼此不接合，而在光半导体元件与光半导体元件之间配置由Si等构成的虚设棒、或在光半导体元件的表面具有接合防止膜。但是，若使用虚设棒，则产生虚设棒部件费、插入虚设棒的作业费、去除虚设棒的作业费、成膜于虚设棒的膜材料费用等。另外，即使在不使用虚设棒，而是在光半导体元件自身形成在夹持时使光半导体元件彼此不接合的膜的情况下，也会因膜材料费用以及工序增加而使成本提高。
与此相对，在本实施方式2中，由于光半导体元件21的表面与安装部件22的背面不进行扩散接合，所以既不需要在实施方式1中使用的用于防止光半导体元件21的表面电极以及安装部件22的背面电极的反应(扩散接合)的虚设棒24，也不需要进行使光半导体元件彼此不接合的膜的成膜，从而能够实现制造成本的降低。
如以上那样，根据本实施方式2所涉及的光半导体装置101的制造方法，由于在光半导体元件21与安装部件22的接合工序以及成膜工序之后形成光半导体元件21的表面电极以及安装部件22的背面电极，所以光半导体元件21的表面与安装部件22的背面并不进行扩散接合，既不需要在实施方式1中使用的用于防止半导体元件21的表面电极以及安装部件22的背面电极的反应(扩散接合)的虚设棒24，也不需要进行使光半导体元件彼此不接合的膜的成膜，从而能够实现制造成本的降低，能够提高生产性。
在以往的制造方法中，由于对端面(发光/受光部)进行涂敷的工序和安装半导体芯片的工序是不同的工序，(1)所以在涂敷时蔓延到接合部的端面部件(绝缘膜)使热/电的传导度降低，使特性劣化。另外，(2)为了填埋涂敷时的棒翘曲引起的间隙，加厚Au以便仅通过半导体芯片的接合部件填埋间隙，与根据安装部件的接合部件的Au厚度填埋间隙相比，就半导体芯片与安装件的组合来看，成本会变高。特别是，在(2)的情况下，在涂敷端面时，在尽可能不矫正翘度地填埋由翘曲引起的间隙时，在以往方法中，为了防止接合而插入虚设棒，因此虚设棒没有接合部件，由此，光半导体芯片的接合部件的厚度需要成为填埋由翘曲引起的空隙部的厚度。
在本申请中，光半导体芯片的接合部件的厚度与安装部件的接合部件的厚度之和只要为填埋由翘曲引起的空隙部的厚度即可。
本申请中虽然记载了各种例示的实施方式以及实施例，但一个、或多个实施方式所记载的各种特征、形态、以及功能并不限定于特定的实施方式的应用，也可以单独、或以各种组合应用于实施方式。因此，在本申请说明书所公开的技术范围内能够想到未例示的无数的变形例。例如，包括对至少一个构成要素进行变形的情况、追加的情况或省略的情况，还包括抽取至少一个构成要素，并与其他实施方式的构成要素组合的情况。
附图标记说明
21...光半导体元件；21b...发光部；22...安装部件；23...电极层；23a...扩散接合层；23b...扩散接合层；25a、25b...夹具；101...光半导体装置。

Claims (4)

1.一种光半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述光半导体装置的制造方法具备如下工序：
并排排列多个将设置有发光部且在背面形成有第二接合材料或接合层的光半导体元件载置于在表面形成有第一接合材料或接合层的安装部件而成的组合，并且用夹具夹持所述组合；和
在真空中加热用所述夹具夹持的安装部件与光半导体元件的多个组合，通过所述第一接合材料或接合层与所述第二接合材料或接合层的扩散接合，将所述安装部件与所述光半导体元件接合，在所述光半导体元件的设置有所述发光部的侧面的整个面进行绝缘膜的成膜，
所述光半导体元件为半导体激光元件，
形成于所述半导体激光元件的侧面的所述绝缘膜控制所述半导体激光元件的所述发光部的反射率，
通过所述第一接合材料或接合层与所述第二接合材料或接合层的扩散接合而形成电极层。
2.根据权利要求1所述的光半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述第一接合材料或接合层与所述第二接合材料或接合层由Au构成。
3.一种光半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述光半导体装置的制造方法具备如下工序：
并排排列多个将设置有受光部且在背面形成有第二接合材料或接合层的光半导体元件载置于在表面形成有第一接合材料或接合层的安装部件而成的组合，并且用夹具夹持所述组合；
在真空中加热用所述夹具夹持的安装部件与光半导体元件的多个组合，通过所述第一接合材料或接合层与所述第二接合材料或接合层的扩散接合，将所述安装部件与所述光半导体元件接合；和
在所述光半导体元件的设置有所述受光部的侧面的整个面进行绝缘膜的成膜，
进行所述接合的工序和进行所述成膜的工序同时进行，
通过所述第一接合材料或接合层与所述第二接合材料或接合层的扩散接合而形成电极层。
4.根据权利要求3所述的光半导体装置的制造方法，其特征在于，
所述第一接合材料或接合层和所述第二接合材料或接合层由Au构成。
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