DE19632635A1

DE19632635A1 - Halbleiterlaservorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE19632635A1
Application number: DE19632635A
Authority: DE
Inventors: Misao Hironaka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-08-28
Filing date: 1996-08-13
Publication date: 1997-03-06
Also published as: JPH0964479A; JP3461632B2; GB2304995B; US5729561A; GB2304995A; GB9611103D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halb leiterlaservorrichtung mit einem auf einem Kühlkörper bzw. einer Wärmesenke montierten Halbleiterlaserchip sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Halbleiterlaservorrich tung, die einen aufgrund der Differenz der thermischen Ex pansionskoeffizienten zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkörper erzeugten internen Streß bzw. internen Span nungen verringern kann.

Bei einer herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung wird zur Verhinderung eines Rückgangs bei der Lichtemissionsef fizienz und einer Zerstörung eines Halbleiterlasers auf grund des Temperaturanstiegs im Halbleiterlaserchip während des Laserbetriebs ein Kühlkörper bzw. eine Wärmesenke an der Rückseite bzw. rückwärtigen Oberfläche des Halbleiter laserchips über eine Lötschicht befestigt, wodurch eine im Halbleiterlaserchip während des Laserbetriebs erzeugte Wärme wirkungsvoll abgegeben werden kann. Nachfolgend wird ein Aufbau der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung und ein Verfahren zum Befestigen eines Kühlkörpers am Halblei terlaserchip beschrieben.

Die Fig. 15(a) zeigt eine Schnittansicht, die einen Aufbau einer herkömmlichen AlGaAs-Halbleiterlaservorrich tung darstellt. In der Fig. 15(a) bezeichnet das Bezugszei chen 1 einen Kühlkörper mit einem leitenden oder isolieren dem Material, wie beispielsweise Fe, Mo, SiC, der einen thermischen Expansionskoeffizienten aufweist, der ungefähr dem von GaAs entspricht, und der die vom Halbleiterlaser chip erzeugte Wärme wirkungsvoll verteilt bzw. ableitet. Eine obere Elektrode 2 ist auf dem Kühlkörper 1 angebracht bzw. aufplattiert und besteht hauptsächlich aus Au. Eine untere Kühlkörper-Elektrode 10 ist an der unteren Oberflä che des Kühlkörpers 1 angebracht bzw. aufplattiert und be steht aus dem gleichen Material wie die obere Elektrode 2. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet ein GaAs-Substrat, welches als Halbleiterlaserchip dient. Eine aktive Schicht 4 mit mehreren Schichten und einer Laserlicht-Emissionsfunktion wird epitaktisch an der Oberfläche des GaAs-Substrats 3 ab geschieden bzw. aufgewachst. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet einen Lichtemissionsbereich in der aktiven Schicht 4 an dem die Lichtemission dadurch auftritt, daß Strom und Licht darin begrenzt werden. Eine Abdeckschicht 6 wird epitak tisch an der Oberfläche der aktiven Schicht 4 abgeschieden bzw. aufgewachst. Eine auf Au basierende Elektrode 7 wird an der Oberfläche der Abdeckschicht 6 mittels eines Vakuum abscheideverfahrens oder einem Sputter-Verfahren ausgebil det. Diese Elektrode 7 besitzt als untere Halbleiterlaser chip-Elektrode ein Elektrodenmaterial aus Ti oder Au(88%)- Ga(12%) mit einer Dicke von 500 Å und Au mit einer Dicke von 2500 Å. Eine obere Halbleiterlaserchip-Elektrode 9 wird an der rückwärtigen Oberfläche des GaAs-Substrats 3 durch aufeinanderfolgendes Aufschichten des gleichen Materials, wie es für die untere Halbleiterlaserchip-Elektrode verwen det wird, ausgebildet. Diese Elemente 9, 3, 4, 6 und 7 er zeugen einen Halbleiterlaserchip 100. Eine Lötschicht 8 von ca. 2 µm Dicke und bestehend aus Au basierend auf Au(80%)- Sn(20%) oder Sn(95%)-Pb(5%) wird zwischen der Halbleiterla serchip-Elektrode 7 und der oberen Kühlkörper-Elektrode 2 ausgebildet, wodurch der Halbleiterlaserchip 100 auf dem Kühlkörper 200 befestigt wird.

Die Fig. 15(b) zeigt eine Unteransicht, die den Halb leiterlaserchip vor dem Montieren auf den Kühlkörper dar stellt. Der mit gestrichelter Linie bezeichnete Bereich 5 stellt einen Bereich dar, der dem Lichtemissionsbereich 5 im Halbleiterlaserchip entspricht.

Die Fig. 15(c) zeigt eine Draufsicht, die den Kühlkör per 200 darstellt bevor darauf der Halbleiterlaserchip 100 montiert wird. Die Ansicht erfolgt hierbei von der Seite der oberen Kühlkörper-Elektrode 2. Das Bezugszeichen 8 be zeichnet eine auf der oberen Kühlkörper-Elektrode 2 ausge bildete Lötschicht.

Nachfolgend erfolgt die Beschreibung des Verfahrens zum Befestigen des Halbleiterlaserchips 100 auf dem Kühlkörper 200.

Die Fig. 16(a) bis (c) zeigen Schnittansichten, die die Prozeßschritte zum Befestigen des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper im Herstellungsverfahren für die Halb leiterlaservorrichtung gemäß den Fig. 15(a) bis 15(c) darstellen.

Im Schritt gemäß Fig. 16(a) wird, bevor der Halbleiter laserchip 100 auf dem Kühlkörper 200 befestigt wird, eine Lötschicht 8 in einem Bereich auf der oberen Kühlkörper- Elektrode 2 ausgebildet, auf dem der Halbleiterlaserchip 100 montiert wird.

Im Schritt gemäß Fig. 16(b) wird der Halbleiterlaser chip 100 auf die Lötschicht 8 des Kühlkörpers 200 gesetzt bzw. plaziert und auf den Kühlkörper 200 gepreßt. Im Zu stand, bei dem die Lötschicht 8 und die untere Elektrode 7 des Halbleiterlaserchips aufeinander gepreßt werden, wird die Temperatur auf eine Temperatur erhöht, bei der die Löt schicht 8 schmilzt, beispielsweise ca. 300°C, wenn die Löt schicht 8 aus einem AuSn-Lot besteht, wodurch die Löt schicht 8 geschmolzen wird. Daraufhin werden das AuSn in der Lötschicht 8 und das Au in der unteren Halbleiterlaser chip-Elektrode 7 und in der oberen Kühlkörper-Elektrode 2 miteinander an den Kontaktoberflächen der Lötschicht 8 mit der unteren Halbleiterlaserchip-Elektrode 7 und mit der oberen Kühlkörper-Elektrode 2 entsprechend legiert, wodurch ein AuSn-Au Legierungslot gleichförmig gemäß Fig. 16(c) ausgebildet wird. Anschließend wird die Temperatur auf Zim mertemperatur verringert, wodurch eine Halbleiterlaservor richtung vervollständigt wird, die den Halbleiterlaserchip 100 und den Kühlkörper 200 integriert bzw. beinhaltet.

Im Prozeßschritt für das Verringern der Temperatur wird der Halbleiterlaserchip 100 vollständig bei einer Tempera tur von ca. 280°C, bei der sich das AuSn-Au Legierungslot verfestigt, auf der Kühlkörper 200 befestigt, wobei darauf hin die Temperatur weiter auf Zimmertemperatur verringert wird.

Während des Prozeßschritts für die Verringerung der Temperatur von der Verfestigungstemperatur auf Zimmertempe ratur entstehen Dimensionierungsunterschiede zwischen den entsprechenden Materialien aufgrund der unterschiedlichen thermischen Expansionskoeffizienten zwischen den Materia lien des Kühlkörpers und dem Halbleiterlaserchip, welche akumulierte interne Spannungen in der Halbleiterlaservor richtung hervorrufen.

Als Gegenmaßnahme gegen ein derartiges Ansteigen von internen Spannungen im Halbleiterlaserchip aufgrund der Un terschiede der thermischen Expansionskoeffizienten wird bei der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung ein Material mit physikalischen Werten, wie beispielsweise dem thermi schen Expansionskoeffizienten und dem Young-Verhältnis, als Material für den Kühlkörper 200 verwendet, welches ver gleichbar mit dem den Halbleiterlaserchip aufbauenden Mate rial ist, wie beispielsweise Fe, Mo, SiC oder dergleichen.

Die Fig. 17 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Temperaturunterschied Δt zwischen der Lotver festigungstemperatur und der Verwendungstemperatur der Halbleiterlaservorrichtung darstellt. Ferner wird der abso lute Wert der internen Beanspruchung dargestellt, der am Lichtemissionsbereich 5 der Halbleiterlaservorrichtung an liegt, wenn die Halbleiterlaservorrichtung unter Verwendung des vorherstehend beschriebenen entsprechenden Materials für den Kühlkörper hergestellt wird. Aus dieser Figur er gibt sich, daß die interne Spannung bzw. Beanspruchung in Abhängigkeit vom verwendeten Material des Kühlkörpers sehr stark abhängig ist. Da darüber hinaus die Zerstörungsbean spruchung von GaAs als Material für den Halbleiterlaserchip bei ca. 2 × 10¹⁸ [N/m²] liegt, wenn die Halbleiterlaservor richtung bei einer Verwendungsbedingung eines großen Δt verwendet wird, das heißt bei einer niedrigen Umgebungstem peratur und wenn Fe als Material für den Kühlkörper verwen det wird, besteht die Möglichkeit, daß eine Zerstörung von GaAs auftritt. Wenn demzufolge die Halbleiterlaservorrich tung bei einer Bedingung eines großen Δt verwendet wird, wird der Kühlkörper aus einem Material bestehend aus SiC oder Mo ausgebildet.

Die Fig. 18 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen der internen Beanspruchung S und der Ausbeute beim Aussortieren der Halbleiterlaservorrichtung darstellt. Dar über hinaus wird eine Beziehung zwischen der internen Bean spruchung S und des die Lebensdauer darstellenden Werts MTTF (Mean Time To Failure) in der herkömmlichen GaAs-Halb leitervorrichtung dargestellt. Die GaAs-Halbleiterlaservor richtung ist ziemlich empfindlich gegenüber internen Bean spruchungen, weshalb die Ausbeute und die Lebensdauer durch die interne Beanspruchung gemäß Fig. 18 stark beeinflußt werden.

Bei der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung wird die interne Beanspruchung verringert, wodurch die Zuverläs sigkeit und die Sortierausbeute verbessert wird. Insbeson dere wird ein Material mit einem thermischen Expansions koeffizienten für einen Kühlkörper verwendet, das ver gleichbar mit dem Material des Halbleiterlaserchips ist.

Dadurch kann das Anwachsen der aufgrund der Unterschiede bei den thermischen Expansionskoeffizienten auftretenden internen Beanspruchung im Halbleiterlaserchip verhindert werden. Darüber hinaus wird zur Verringerung von Δt ein Lotmaterial mit einer geringen Verfestigungstemperatur ver wendet, welches näher an der Verwendungstemperatur der Halbleiterlaservorrichtung liegt, wodurch ein Anstieg bei der internen Beanspruchung verhindert wird.

Gemäß der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung wird die Art des verwendeten Lots und das Material des Kühlkör pers derart ausgewählt, daß die in der Vorrichtung erzeugte Beanspruchung verringert wird. Wenn ein auf In basierendes Lot mit einer geringen Verfestigungstemperatur (ca. 200°C) zur Verringerung von Δt verwendet wird, wird die Adhäsion bzw. Haftkraft zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkörper verschlechtert, wenn die Verwendungstemperatur der Halbleiterlaservorrichtung in der Nähe der Verfesti gungstemperatur liegt, wodurch möglicherweise ein Fehler derart auftritt, daß sich der Chip vom Kühlkörper ablöst. Wenn darüber hinaus zur Erhöhung der Adhäsion bzw. Haft kraft der entsprechenden Elektroden ein AuSi basierendes Lot verwendet wird, würde sich die interne Beanspruchung erhöhen, da die Verfestigungstemperatur (ca. 400°C) des Lots größer ist als die Verfestigungstemperatur des auf AuSn basierenden Lots (ca. 300°C), wodurch sich eine Ver schlechterung der Ausbeute ergibt und für die Adhäsion nur eine bestimmte Art von Lot verwendet werden kann.

Darüber hinaus würde Δt gezwungenermaßen groß werden, wenn die Umgebungs-Verwendungstemperatur der Halbleiterla servorrichtung gering ist, selbst wenn die Adhäsion mittels eines gewünschten Lots durchgeführt wird, das heißt wenn es beispielsweise im Weltraum bzw. All verwendet wird, wodurch die interne Beanspruchung erhöht wird und keine Möglichkeit besteht, die Lebensdauer zu vergrößern und die Ausbeute zu erhöhen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Halbleiterlaservorrichtung zu schaffen, bei der die interne Beanspruchung aufgrund des Unterschieds der thermischen Ex pansionskoeffizienten zwischen den Materialien des Kühlkör pers und dem Halbleiterlaserchip selbst dann verringert ist, wenn das gleiche Lotmaterial wie beim Stand der Tech nik verwendet wird, wobei die Beanspruchung am Lichtemissi onsbereich des Halbleiterlaserchips anliegt, wodurch eine Zerstörung der Halbleiterlaservorrichtung vermieden werden kann und eine erhöhte Lebensdauer sowie eine hohe Ausbeute realisiert wird.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleiterlaser vorrichtung zu schaffen.

Gemäß einem ersten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht eine Halbleiterlaservorrichtung aus: einem Halbleiterlaserchip; einem Kühlkörper auf dem der Halblei terlaserchip über eine Lötschicht montiert ist; einer auf dem Halbleiterlaserchip ausgebildeten unteren Elektrode be stehend aus einer nicht-legierten Schicht, die mit der Löt schicht keine Legierung eingeht und an dem der Lötschicht an der Oberfläche des Kühlkörpers gegenüberliegenden Be reich ausgebildet ist, der innerhalb vorbestimmter Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbe reichs des Halbleiterlaserchips in Längsrichtung liegt, und Schichten an der Oberfläche der unteren Laserelektrode mit Ausnahme des Bereichs, die mit der Lötschicht beim Befesti gen auf der Lötschicht legiert sind. Dadurch kann die auf grund von Unterschieden bei den thermischen Expansionskoef fizienten zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkör per hervorgerufene interne Beanspruchung, die am lichtemit tierenden Bereich anliegt, verringert werden und eine Zer störung des GaAs am lichtemittierenden Bereich verhindert werden.

Gemäß einem zweiten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung liegt bei der vorherstehend genannten Halbleitervor richtung, wobei unter der Annahme, daß die Länge des Licht emissionsbereichs der unteren Laserelektrode in Längsrich tung L ist, der Abstand zwischen der unteren Oberfläche des Lichtemissionsbereichs zur oberen Oberfläche der nicht-le gierten Schicht d ist und die Fläche an der Oberfläche der unteren Laseroberfläche A ist, die Länge W in Querrichtung des Bereichs, der mit der Lötschicht der unteren Laserelek trode keine Legierung eingeht, in einem Bereich, der die folgende Gleichung erfüllt:

Gemäß einem dritten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht in der vorherstehend beschriebenen Halbleiter laservorrichtung die untere Laserelektrode aus den drei Schichten einer ersten ohmschen Elektrodenschicht, die in ohmschen Kontakt mit einer Abdeckschicht des Halbleiterla serchips steht, einer ersten nicht-legierten Metallschicht, die aus einem feuerfesten Metall besteht, welches mit der an der Oberfläche der ersten ohmschen Elektrodenschicht ausgebildeten Lötschicht keine Legierung eingeht, und aus ersten legierten Elektrodenschichten, die mit der Löt schicht eine Legierung eingehen und in Bereichen ausgebil det sind, die um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs in Längsrichtung an der Oberfläche der ersten nicht-legierten Elektrodenschicht ausgebildet sind, wobei die erste nicht legierte Elektrodenschicht und die mit ihr in Berührung stehende Lötschicht nicht miteinander legiert sind, während die erste legierte Elektrodenschicht und die mit ihr in Verbindung stehende Lötschicht legiert sind, wodurch die Haftung erzeugt wird.

Dadurch kann die nicht-legierte Schicht an einem ge wünschten Bereich ausgebildet und die interne Beanspruchung verringert werden, wodurch die Zerstörung des GaAs am lichtemittierenden Bereich verhindert wird.

Gemäß einem vierten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht in der vorherstehend genannten Halbleiterla servorrichtung die untere Laserelektrode aus einer zweiten legierten Elektrodenschicht, die mit der Lötschicht legiert ist und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht des Halb leiterlaserchips steht, und einer nicht-legierten Schicht, die mit der Lötschicht keine Verbindung eingeht und in ei nem Bereich zwischen Bereichen der entsprechenden Oberflä chen der zweiten legierten Elektrodenschicht und der gegen überliegenden Lötschicht eingeschoben ist, die innerhalb von vorbestimmten Abständen unmittelbar unterhalb der Mit tellinie des Lichtemissionsbereichs in Längsrichtung liegt. Dadurch werden die am lichtemittierenden Bereich anliegende und aufgrund von Unterschieden in den thermischen Expansi onskoeffizienten zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkörper erzeugten internen Beanspruchungen verringert, wodurch die Zerstörung von GaAs im lichtemittierenden Be reich unterdrückt werden kann. Darüber hinaus kann die nicht-legierte Schicht an der Oberfläche der unteren Laser oberflächenelektrode ausgebildet werden.

Gemäß einem fünften Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht in der vorherstehend genannten Halbleitervor richtung die nicht-legierte Schicht aus einem feuerfesten Metall.

Gemäß einem sechsten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht in der vorherstehend genannten Halbleiterla servorrichtung die nicht-legierte Schicht aus einem Isola tor.

Gemäß einem siebten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht die untere Laserelektrode in der vorherstehend genannten Halbleiterlaservorrichtung aus zwei Schichten, wobei eine zweite ohmsche Elektrodenschicht in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht des Halbleiterlaserchips steht und Beabstandungs-Elektrodenschichten mit der Löt schicht legiert sind und in Bereichen an der Oberfläche der zweiten ohnischen Elektrodenschicht ausgebildet sind, die um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs in Längsrichtung an geordnet sind, und die zweite ohmsche Elektrodenschicht ei nen Teil der Oberfläche-der unteren Laserelektrode dar stellt, der nicht in Kontakt mit der Lötschicht ist, wobei die Beabstandungs-Elektrodenschichten mit der Lötschicht eine Legierung eingehen, wodurch die Haftung erzeugt wird. Dadurch kann die aufgrund von Unterschieden in den thermi schen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halbleiterlaser chip und dem Kühlkörper erzeugte interne Beanspruchung, die am lichtemittierenden Bereich anliegt, verringert werden, wodurch eine Zerstörung von GaAs am lichtemittierenden Be reich verhindert wird.

Gemäß einem achten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht die untere Laserelektrode in der vorherstehend genannten Halbleiterlaservorrichtung aus einer zweiten le gierten Elektrodenschicht, die mit der Lötschicht legiert wird und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht des Halbleiterlaserchips steht, wobei die Lötschichten nur an den Bereichen an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers auf dem der Halbleiterlaserchip montiert wird ausgebildet sind, die um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des Halbleiter laserchips in Längsrichtung liegen, während ein Bereich der Oberfläche der unteren Laserelektrode innerhalb der vorbe stimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs in Längsrichtung nicht in Kontakt mit der Lötschicht steht. Dadurch kann die aufgrund der Un terschiede bei dem thermischen Expansionskoeffizienten zwi schen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkörper erzeugte interne Beanspruchung, die am lichtemittierenden Bereich anliegt, verringert werden, wodurch die Zerstörung von GaAs am lichtemittierenden Bereich verhindert werden kann. Dar über hinaus kann eine Lötschicht verwendet werden, deren Verwendung üblicherweise sehr schwierig war, wodurch der Bereich der als Lot verwendeten Materialien vergrößert wird.

Gemäß einem neunten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht eine Halbleiterlaservorrichtung aus: einem Halbleiterlaserchip; einem Kühlkörper auf den der Halblei terlaserchip über eine Lötschicht befestigt wird; wobei die Lötschicht aus ersten Lötschichten besteht, die in Berei chen an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers auf denen der Halbleiterlaserchip montiert wird, wobei die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des Halbleiterlaser chips in Längsrichtung angeordnet sind, während eine zweite Lötschicht in einem Bereich innerhalb der vorbestimmten Ab stände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemis sionsbereichs in Längsrichtung ausgebildet ist und an die erste Lötschicht angrenzt, wobei die zweite Lötschicht ein Lot mit einem geringeren Schmelzpunkt als der der ersten Lötschicht aufweist.

Gemäß einem zehnten Teilaspekt der vorliegenden Erfindung liegt bei der vorherstehend genannten Halbleiterlaservor richtung unter der Annahme, daß die Länge des Lichtemissi onsbereichs der unteren Laserelektrode in Längsrichtung L ist, der Abstand von der unteren Oberfläche des Lichtemis sionsbereichs zur unteren Oberfläche der unteren Oberflä chenelektrode d ist, und die Fläche an der Oberfläche der unteren Laserelektrode A ist, die Länge W in Breitenrich tung eines Bereichs der unteren Laserelektrode, die sich in Kontakt mit der zweiten Lötschicht befindet, innerhalb ei nes Bereiches, der die folgende Gleichung erfüllt:

Gemäß einem elften Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht ein Verfahren zur Herstellung einer Halblei terlaservorrichtung mit einem auf einer Kühlkörper gebonde ten Halbleiterlaserchip aus den Schritten: Ausbilden eines Halbleiterlaserchips, wobei entsprechende eine Laserstruk tur ausbildende Halbleiterschichten an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu einer Abdeckschicht abgeschieden werden; Ausbilden einer ersten ohmschen Elektrodenschicht an der Oberfläche der Abdeckschicht, die sich in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht befindet; Ausbilden einer er sten nicht-legierten Elektrodenschicht, die aus einem feu erfesten Metall besteht, welches mit der Lötschicht an der Oberfläche der ersten ohmschen Elektrodenschicht keine Le gierung eingeht; Ausbilden von ersten legierten Elektroden schichten, die mit der Lötschicht in den Bereichen an der Oberfläche der ersten nicht-legierten Elektrodenschicht ei ne Legierung eingehen, wobei die Bereiche um mehr als vor bestimmte Abstände direkt unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des Halbleiterlaserchips in Längs richtung liegen; Ausbilden der Lötschicht in einem Bereich an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers mit einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode an seiner jeweiligen vorderen und an seiner rückwärtigen Oberfläche; und Andrüc ken des Halbleiterlaserchips auf die Lötschicht auf dem Kühlkörper, Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht schmilzt, Legieren der ersten legierten Elektrodenschicht mit der Lötschicht, sowie der oberen Elektrode des Kühlkörpers mit der Lötschicht und anschlie ßendem Verringern der Temperatur auf Zimmertemperatur, wo durch die Befestigung zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkörper erzeugt wird. Dadurch wird die nicht-legier te Elektrodenschicht, die mit der Lötschicht nicht legiert ist, an der Oberfläche der unteren Laseroberflächenelek trode ausgebildet, wodurch eine Halbleiterlaservorrichtung hergestellt werden kann, die eine verringerte am Lichtemis sionsbereich anliegende interne Beanspruchung aufweist.

Gemäß einem zwölften Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung besteht ein Herstellungsverfahren für eine Halbleiter laservorrichtung mit einem auf einen Kühlkörper gebondeten Halbleiterlaserchip aus den Schritten: Ausbilden eines Halbleiterlaserchips, wobei zum Ausbilden einer Laserstruk tur an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu ei ner Abdeckschicht Halbleiterschichten abgeschieden werden; Ausbilden einer zweiten legierten Elektrodenschicht, die mit der Lötschicht eine Legierung ausbildet und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht steht; Ausbilden einer nicht legierten Schicht, die in einem Bereich an der Oberfläche der zweiten legierten Elektrodenschicht innerhalb vorbe stimmter Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des Halbleiterlaserchips in Längs richtung ausgebildet ist und keine Legierung mit der Löt schicht ausbildet; Ausbilden einer Lötschicht in einem Be reich, in dem der Halbleiterlaserchip montiert wird auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers, der an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Oberflächenelektrode und eine untere Oberflächenelektrode aufweist; und Andrüc ken des Halbleiterlaserchips auf die Lötschicht des Kühl körpers, Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht schmilzt, Legieren der zweiten legierten Elektrodenschicht mit der Lötschicht, sowie der oberen Elektrode des Kühlkörpers mit der Lötschicht und anschlie ßendem Verringern der Temperatur auf Zimmertemperatur, wo durch die Befestigung zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkörper hergestellt wird.

Gemäß einem dreizehnten Teilaspekt der vorliegenden Er findung besteht ein Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung mit einem auf einen Kühlkörper gebonde ten Halbleiterlaserchip aus den Schritten: Ausbilden eines Halbleiterlaserchips, wobei zum Ausbilden einer Laserstruk tur an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats entspre chende Halbleiterschichten und eine zweite legierte Elek trodenschicht ausgebildet werden, die mit der Lötschicht an der Oberfläche der Abdeckschicht eine Legierung ausbildet und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht steht; Aus bilden der Lötschicht in einem Bereich an der Oberfläche des Kühlkörpers, an dem der Halbleiterlaserchip montiert wird, wobei der Kühlkörper an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode und eine untere Elektrode aufweist, und Ausbilden einer nicht-legierten Schicht, die mit der Lötschicht in einem Bereich der Löt schicht keine Legierung ausbildet, wobei der Bereich inner halb von vorbestimmten Abständen unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des zu montierenden Halbleiterlaserchips in Längsrichtung liegt; und Andrücken des Halbleiterlaserchips auf die Lötschicht und die nicht legierte Schicht am Kühlkörper, Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht schmilzt, Legieren der zweiten legierten Elektrodenschicht mit der Lötschicht, sowie der oberen Elektrode des Kühlkörpers mit der Löt schicht, und anschließendem Verringern der Temperatur auf Zimmertemperatur, wodurch der Kühlkörper am Halbleiterla serchip befestigt wird.

Gemäß einem vierzehnten Teilaspekt der vorliegenden Er findung besteht im vorherstehend beschriebenen Herstel lungsverfahren für die Halbleiterlaservorrichtung die nicht-legierte Schicht aus einem feuerfesten Metall.

Gemäß einem fünfzehnten Teilaspekt der vorliegenden Er findung besteht im vorherstehend beschriebenen Herstel lungsverfahren für die Halbleiterlaservorrichtung die nicht- legierte Schicht aus einem Isolator.

Gemäß einem sechzehnten Teilaspekt der vorliegenden Er findung besteht ein Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung aus den Schritten: Ausbilden eines Halbleiterlaserchips, wobei zum Ausbilden einer Laserstruk tur an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu ei ner Abdeckschicht entsprechende Halbleiterschichten abge schieden werden; Ausbilden einer zweiten ohmschen Elektro denschicht, die sich in ohmschen Kontakt mit der Abdeck schicht an der Oberfläche der Abdeckschicht befindet; Aus bilden von Beabstandungs-Elektrodenschichten, die mit der Lötschicht dn den Bereichen an der Oberfläche der zweiten ohmschen Elektrodenschicht legiert sind, wobei die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des Halbleiterlaser chips in Längsrichtung ausgebildet sind und eine derartige Dicke aufweisen, daß nach der Befestigung des Halbleiterla serchips auf den Kühlkörper die zweite ohmsche Elektroden schicht mit der Lötschicht nicht in Kontakt kommt; Ausbil den einer Lötschicht in einem Bereich, an dem der Halblei terlaserchip an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers zu montieren ist, wobei dieser an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode und eine untere Elektrode aufweist; und Andrücken des Halbleiterlaserchips auf die Lötschicht des Kühlkörpers, Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht schmilzt, Le gieren der Beabstandungs-Elektrodenschicht mit der Löt schicht, sowie der oberen Elektrode des Kühlkörpers mit der Lötschicht, und Verringern der Temperatur auf Zimmertempe ratur, wodurch der Halbleiterlaserchip mit dem Kühlkörper verbunden wird. Dadurch kann der Bereich der unteren Laser elektrode an dem die ohmsche Elektrodenschicht freiliegt als nicht-legierter Bereich ausgebildet werden, bei dem die ohmsche Elektrode und die Lötschicht nicht miteinander in Kontakt sind. Ferner kann der während des Befestigungsvor ganges des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper der dem lichtemittierenden Bereich des Halbleiterlaserchips zuge führte Stoß bzw. die anliegende Beanspruchung entschärft werden, wodurch die während der Herstellungsschritte er zeugten Beschädigungen der Halbleiterlaservorrichtung ver ringert werden können.

Gemäß einem siebzehnten Teilaspekt der vorliegenden Erfin dung wird im vorherstehend beschriebenen Herstellungsver fahren für eine Halbleiterlaservorrichtung die Dicke t_s der Beabstandungs-Elektrodenschicht auf einen Wert eingestellt, der die folgende Gleichung erfüllt:

wobei die Dicke der Lötschicht vor dem Befestigen des Halb leiterlaserchips auf dem Kühlkörper t_h ist, die Gesamtlänge in Querrichtung des Lichtemissionsbereichs des Halbleiter laserchips Q ist, und die Länge in Querrichtung des Licht emissionsbereiches in einem Bereich, an dem die Beabstan dungs-Elektrodenschicht nicht ausgebildet ist, W ist.

Gemäß einem achzehnten Teilaspekt der vorliegenden Er findung besteht ein Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung mit einem auf einen Kühlkörper gebonde ten Halbleiterlaserchip aus den Schritten: Ausbilden eines Halbleiterlaserchips, wobei zum Ausbilden einer Laserstruk tur auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu ei ner Abdeckschicht entsprechende Halbleiterschichten abge schieden werden; Ausbilden einer zweiten legierten Elektro denschicht die mit der Lötschicht legiert wird und an der Oberfläche der Abdeckschicht in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht steht; Ausbilden von Lötschichten im Bereiche der oberen Oberfläche des Kühlkörpers an denen der Halblei terlaserchip montiert wird, wobei der Kühlkörper an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode und eine untere Elektrode aufweist, und die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des zu montierenden Halbleiterlaserchips in Längsrichtung liegen; und Andrücken des Halbleiterlaserchips auf der Lötschicht des Kühlkör pers, Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht schmilzt, Legieren der zweiten legierten Elektrodenschicht mit der Lötschicht sowie der oberen Ober fläche des Kühlkörpers mit der Lötschicht, und Verringern der Temperatur auf Zimmertemperatur, wodurch der Halblei terlaserchip mit dem Kühlkörper fest verbunden wird.

Gemäß einem neunzehnten Teilaspekt der vorliegenden Er findung besteht ein Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung mit einem auf einen Kühlkörper gebonde ten Halbleiterlaserchip aus den Schritten: Ausbilden eines Halbleiterlaserchips, wobei zum Ausbilden einer Laserstruk tur an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats bis zu ei ner Abdeckschicht entsprechende Halbleiterschichten abge schieden werden; Ausbilden einer zweiten legierten Elektro denschicht die mit einer ersten Lötschicht legiert wird und einer zweiten Lötschicht mit einem geringeren Schmelzpunkt als der der ersten Lötschicht an der Oberfläche der Abdeck schicht und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht; Aus bilden von ersten Lötschichten an Bereichen der Oberfläche des Kühlkörpers, an denen der Halbleiterlaserchip montiert wird, wobei der Kühlkörper an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode und eine untere Elektrode aufweist, und die Bereiche um mehr als vorbe stimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs des zu montierenden Halbleiterlaser chips in Längsrichtung liegen; Ausbilden der zweiten Löt schicht in einem Bereich innerhalb der vorbestimmten Ab stände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemis sionsbereichs in Längsrichtung und angrenzend an die erste Lötschicht; und Andrücken des Halbleiterlaserchips an die ersten und zweiten Lötschichten des Kühlkörpers, Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der das Lot der er sten Lötschicht schmilzt, Legieren der entsprechenden Löt schichten mit der zweiten legierten Elektrodenschicht sowie der entsprechenden Lötschichten mit der oberen Oberfläche des Kühlkörpers, und anschließendem Verringern der Tempera tur auf Zimmertemperatur, wodurch der Halbleiterlaserchip mit dem Kühlkörper fest verbunden wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be schrieben.

Die Fig. 1(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine er findungsgemäße Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem er sten Ausführungsbeispiel darstellt, während Fig. 1(b) eine Unteransicht des Halbleiterlaserchips zeigt, wie er von der Seite der unteren Elektrode gesehen wird.

Fig. 2(a-2c) zeigen Schnittansichten, die Prozeß schritte in einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel darstellen.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwi schen der internen Beanspruchung S und Δt gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt.

Fig. 4(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt, während Fig. 4(b) eine Un teransicht des Halbleiterlaserchips darstellt, wie sie von der Seite der unteren Elektrode gesehen wird.

Fig. 5(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt, während Fig. 5(b) eine Un teransicht des Halbleiterlaserchips zeigt, wie sie von der Seite der unteren Elektrode gesehen wird.

Fig. 6(a)-6(c) zeigen Schnittansichten, die Prozeßschritte in einem Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellen.

Fig. 7(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt, während Fig. 7(b) eine Draufsicht des Kühlkörpers vor der Befestigung darstellt, wie sie von der Seite der oberen Elektrode gesehen wird.

Fig. 8(a)-8(c) zeigen Schnittansichten, die Prozeß schritte in einem Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellen.

Fig. 9(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt, während Fig. 9(b) eine Un teransicht des Halbleiterlaserchips darstellt, wie sie von der Seite der unteren Elektrode gesehen wird.

Fig. 10(a)-10(c) zeigen Schnittansichten, die Prozeß schritte in einem Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellen.

Fig. 11(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem siebten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt, während Fig. 11(b) eine Draufsicht des Kühlkörpers vor der Befestigung darstellt, wie sie von der Seite der oberen Elektrode gesehen wird.

Fig. 12(a)-12(c) zeigen Schnittansichten, die Prozeß schritte in einem Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem siebten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellen.

Fig. 13(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem achten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt, während Fig. 13(b) eine Draufsicht des Kühlkörpers vor der Befestigung darstellt, wie sie von der Seite der oberen Elektrode gesehen wird.

Fig. 14(a)-14(c) zeigen Schnittansichten, die Pro zeßschritte in einem Herstellungsverfahren für eine Halb leiterlaservorrichtung gemäß einem achten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellen.

Fig. 15(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine herkömm liche Halbleiterlaservorrichtung darstellt, während Fig. 15(b) eine Unteransicht des Halbleiterlaserchips darstellt, wie sie von der Seite der unteren Elektrode gesehen wird, und Fig. 15(c) eine Draufsicht des Kühlkörpers darstellt, wie sie von der Seite der oberen Elektrode gesehen wird.

Fig. 16(a)-16(c) zeigen Schnittansichten, die Pro zeßschritte in einem Herstellungsverfahren für eine her kömmliche Halbleiterlaservorrichtung darstellen.

Fig. 17 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwi schen der internen Beanspruchung S und Δt in einer herkömm lichen Halbleiterlaservorrichtung darstellt.

Fig. 18 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwi schen der internen Beanspruchung S und der Ausbeute sowie der internen Beanspruchung und der Lebensdauer (MTTF) in der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung darstellt.

Ausführungsbeispiel 1

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben.

Die Fig. 1(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halb leiterlaservorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbei spiel darstellt, während Fig. 1(b) eine Unteransicht eines in der Halbleiterlaservorrichtung verwendeten Chips dar stellt, wie sie von der Seite der unteren Elektrode gesehen wird. In den Fig. 1(a) und 1(b) bezeichnet das Bezugs zeichen 1 einen Kühlkörper-Körper mit einem leitenden oder isolierenden Material, d. h. Fe, Mo und SiC, mit einem ther mischen Epansionskoeffizienten in der Nähe von GaAs. Eine obere Elektrode 2 mit Au oder dergleichen als Hauptkompo nente befindet sich an der oberen Oberfläche des Kühlkör per-Körpers 1, während sich eine untere Elektrode 10 an der unteren Oberfläche des Kühlkörper-Körpers 1 befindet und aus dem gleichen Material wie die oberen Elektrode 2 be steht, wobei sie an der unteren Oberfläche des Kühlkörper- Körpers 1 angeordnet ist. Der Kühlkörper-Körper bzw. Kühl block 1, die obere Kühlelektrode 2 und die untere Kühlelek trode 10 bilden einen Kühlkörper 200a.

Das Bezugszeichen 3 bezeichnet ein GaAs-Substrat als Basismaterial eines Halbleiterlaserchips. Eine aktive Schicht 4 mit einer Vielzahl von epitaktisch aufgewachsenen Schichten und mit einer Laserlicht emittierenden Funktion befindet sich an der Oberfläche des GaAs-Substrats 3. Die aktive Schicht 4 besitzt einen Licht emittierenden Bereich 5, in dem der Strom und das Licht teilweise begrenzt wer den, um dadurch Laserlicht zu emittieren. Eine Abdeck schicht 6 befindet sich an der Oberfläche der aktiven Schicht 4. Eine ohmsche Elektrodenschicht 7a bildet einen ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht 6 aus. Wenn die Ab deckschicht 6 eine n-GaAs-Schicht ist, verwendet man für die ohmsche Elektrodenschicht 7a ein aus Au(88%)-Ge(12%) bestehendes Material mit einer Dicke von 500 Å oder ein Ma terial mit Cr oder dergleichen als Hauptkomponente und ei ner Dicke von 200 Å. Eine nicht-legierte Elektrodenschicht 7b mit einem feuerfesten Metall, wie beispielsweise Ti, Mo, Pt, W und Ta, welches selbst dann nicht mit dem Material der Lötschicht legiert, wenn die Lötschicht 8 schmilzt, be findet sich auf der ohmschen Elektrodenschicht 7a. Legierte Elektrodenschichten 7c werden mit dem Material der Löt schicht 8 legiert, wenn die Lötschicht 8 schmilzt, wobei sie fest mit der Lötschicht 8 verbunden wird. Wenn bei spielsweise die adhäsive Schicht 8 ein auf AuSn oder PbSn basierendes Material aufweist, so wird für die legierte Elektrodenschicht 7c ein aus Au bestehendes Material für seine Hauptkomponente verwendet. Eine obere Laserelektrode 9 besitzt eine auf Au basierende Elektrode, die an der rückwärtigen Oberfläche des GaAs-Substrats 3 ausgebildet ist. Beispielsweise wird sie durch aufeinanderfolgendes Aufschichten des Elektrodenmaterials, wie beispielsweise Ti oder Au(88%)-GE(12%) mit einer Dicke von 500 Å, und Au mit einer Dicke von 2500 Å auf der rückwärtigen Oberfläche des GaAs-Substrats mittels eines Vakuumabscheideverfahrens oder eines Sputterverfahrens ausgebildet. Das GaAs-Substrat 3, die aktive Schicht 4, die Abdeckschicht 6, die ohmsche Elektrodenschicht 7a, die nicht-legierte Elektrodenschicht 7b und die legierte Elektrodenschicht 7c bilden einen Halb leiterlaserchip 100a. Darüberhinaus bezeichnet das Bezugs zeichen 8 eine Lötschicht mit einem Material wie beispiels weise Au(80%)-Sn(20%) und Sn(95%)-Pb(5) sowie einer Dicke von ca. 2 µm, mit der der Halbleiterlaserchip auf dem Kühl körper befestigt wird.

Ein in Fig. 1(b) mittels gestrichelter Linie eingerahm ter Bereich stellt den Lichtemissionsbereich 5 im Halblei terlaserchip dar.

Wie in Fig. 1(b) dargestellt sind die legierten Elek trodenschichten 7c an Bereichen der Oberfläche der nicht legierten Elektrodenschicht 7b ausgebildet, wobei die Be reiche um mehr als vorbeschriebene Abstände direkt unter halb der Mittellinie in Längsrichtung des lichtemittieren den Bereichs 5 mittels eines Verfahrens, wie beispielsweise einem Ätzverfahren ausgebildet sind und an einem Bereich, an dem die nicht-legierte Elektrodenschicht 7c ausgebildet ist, die nicht-legierte Elektrodenschicht 7b herausragt bzw. freilegt.

In den Fig. 1(a) und 1(b) bezeichnet das Bezugszei chen d einen Abstand von der unteren Oberfläche der aktiven Schicht 4 zur unteren Oberfläche der nicht-legierten Elek trodenschicht 7b, L bezeichnet die Länge des lichtemittie renden Bereichs in Längsrichtung, daß heißt die Länge des lichtemittierenden Bereichs des Halbleiterlaserchips, A be zeichnet eine Fläche der gesamten unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips und W bezeichnet die Länge in Breiten bzw. Querrichtung des lichtemittierenden Bereichs, wobei diese Länge W zweimal dem vorbeschriebenen Abstand von der Mittellinie des lichtemittierenden Bereichs 5 entspricht.

Die Fig. 2(a)-2(c) zeigen Schnittansichten, die Pro zeßschritte im Herstellungsverfahren der Halbleiterlaser vorrichtung gemäß dem ersten erfindungsgemäßen Ausführungs beispiel darstellen, wobei insbesondere der Schritt zum Be festigen des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper darge stellt ist.

Zunächst werden eine Laserstruktur ausbildende Halblei terschichten 4 und 6 an der Oberfläche des Halbleiter substrats 3 abgeschieden. An der Oberfläche der Abdeck schicht wird eine ohmsche Elektrodenschicht 7a in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht 6 ausgebildet. Legierte Elek trodenschichten 7c, die mit der Lötschicht 8 legiert sind werden in Bereichen an der Oberfläche der nicht-legierten Elektrodenschicht 7b ausgebildet, wobei die Bereiche um mehr als vorbeschriebene Abstände direkt unterhalb der Mit tellinie in Längsrichtung des lichtemittierenden Bereichs 5 entfernt liegen, wodurch der in Fig. 2(a) dargestellte Halbleiterlaserchip 100a ausgebildet wird. Darüberhinaus wird nach dem Ausbilden der Lötschicht 8 in einem Bereich der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 200, der gemäß Fig. 2(a) an der oberen Oberfläche die obere Kühlkörperoberflä chenelektrode 200a und an der unteren Oberfläche die untere Kühlkörperoberflächenelektrode 10 aufweist, wobei in diesem Bereich der Halbleiterlaserchip 100a montiert wird, der Halbleiterlaserchip 100a auf die Lötschicht 8 des Kühlkör pers 200a gedrückt und die Temperatur auf eine Temperatur angehoben, bei der die Lötschicht 8 schmilzt. Wie in Fig. 2(c) dargestellt werden daraufhin nach Legierung der Löt schicht 8 und der legierten Elektrodenschicht 7c die Löt schicht 8 und die obere Kühlkörperelektrode 2 miteinander legiert und die Temperatur auf Zimmertemperatur erniedrigt, wodurch man eine Halbleiterlaservorrichtung erhält, bei der der Kühlkörper 200a über die Lötschicht 8 mit dem Halblei terlaserchip 100a verbunden beziehungsweise befestigt ist.

In diesem ersten Ausführungsbeispiel wird die untere Oberfläche des Halbleiterlaserchips 100a derart ausgebil det, daß die nicht-legierte Elektrode 7b im Bereich 70 in nerhalb der vorbeschriebenen Abstände direkt unter der in Längsrichtung liegenden Mittellinie des lichtemittierenden Bereichs freiliegt, wodurch der Halbleiterlaserchip 100a über die Lötschicht 8 mit dem Kühlkörper 200a verbunden wird. Daher findet an der Oberfläche, bei der die nicht-le gierte Elektrode 7b freiliegt, die Legierungsreaktion mit der Lötschicht 8 nicht statt, weshalb der Bereich 70 keine starre Befestigung ausbildet. Daher liegt die aufgrund der Unterschiede in den thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halbleiterlaserchip 100a und dem Kühlkörper 200a erzeugte interne Beanspruchung während der Verringe rung der Temperatur nach dem Schmelzen des Lots nur an den Stellen an, an denen die legierte Elektrodenschicht 7c starr mit der Lötschicht 8 verbunden ist, weshalb die in terne Beanspruchung im Bereich in der Nähe des lichtemit tierenden Bereichs verringert werden kann. Darüberhinaus wird ein Bereich der nicht-legierten Elektrodenschicht 7b vor der Befestigung einmal der Umgebungsluft ausgesetzt, wodurch eine Oxidation der Oberfläche auftritt. In diesem Fall wird die Legierung der nicht-legierten Elektroden schicht 7b mit der Lötschicht 8 noch unwahrscheinlicher, weshalb ein Zuführen der Beanspruchung besonders unwahr scheinlich wird. Im allgemeinen besteht eine hohe Wahr scheinlichkeit, daß die interne Beanspruchung den Randbe reichen zugeführt wird, an denen die untere Oberfläche des Lasers und die Lötschicht miteinander legiert und befestigt sind, wobei diese Beanspruchung entlang der (111)-Gleit oberfläche des GaAs-Kristalls Defekte beziehungsweise Stö rungen erzeugt. Um ein Eindringen dieser Störungen in den lichtemittierenden Bereich 5 zu vermeiden, sollte der Rand abschnitt des nicht-legierten Bereichs 70 zumindest um ei nen gewissen Abstand vom lichtemittierenden Bereich beab standet angeordnet sein. Genauer gesagt sollte die untere Grenze der Breite W des Bereichs, an dem die nicht-legierte Schicht 7b freiliegt wie vorherstehend beschrieben bestimmt sein, wobei die Breite W durch die folgende Gleichung der art festgelegt wird, daß keine Störungen den lichtemittie renden Bereich 5 ereichen.

Genauer gesagt sollte unter Berücksichtigung der Breite r des lichtemittierenden Bereichs 5 die untere Grenze von W bei:

liegen.

Da jedoch die Breite des lichtemittierenden Bereichs in wirklichen Halbleiterlaserchips ziemlich klein ist, muß le diglich die vorherstehend beschriebene Gleichung (1) er füllt werden.

Die Obergrenze der Breite W sollte innerhalb eines Be reichs liegen, bei dem die Befestigungsintensität bzw. Haftkraft zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkör per ausreichend groß ist. Die Kontaktfläche der legierten Elektrode 7c mit der Lötschicht 8, d. h. die Fläche, die man erhält wenn man (L × W) von der Fläche A der unteren Ober fläche der unteren Laseroberflächenelektrode subtrahiert sollte zumindest nicht kleiner sein als die experimentell ermittelte minimale Kontaktfläche 4 × 10^-8 m², die durch folgende Gleichung dargestellt wird:

Demzufolge ergibt sich W aus den Gleichungen (1) und (2) zu:

Dadurch kann ein Auftreten von GaAs-Beschädigungen im Lichtemissionsbereich 5 unterdrückt werden, wodurch man ei ne Halbleiterlaservorrichtung mit einer ausreichenden Haft kraft erhält. Die Fig. 3 zeigt eine Darstellung, die eine Beziehung zwischen dem Temperaturunterschied zwischen der Lotverfestigungstemperatur und der Betriebstemperatur der Halbleiterlaservorrichtung und dem absoluten Wert der am Lichtemissionsbereich 5 der Halbleiterlaservorrichtung an liegenden internen Beanspruchung darstellt. In Fig. 3 wird die Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem ersten erfindungs gemäßen Ausführungsbeispiel mit dem Stand der Technik ver glichen.

Unter der Annahme, daß die Betriebstemperatur ca. 30°C beträgt wird, wie in Fig. 3 dargestellt, die interne Bean spruchung der Halbleiterlaservorrichtung gemäß der vorlie genden Erfindung auf einen Wert von 1,0 × 10⁷ N/m² verrin gert, während die interne Beanspruchung der herkömmlichen Halbleiterlaservorrichtung bei 4,6 × 10⁷ N/m² liegt. Dar überhinaus kann gemäß der in Fig. 18 dargestellten Bezie hung zwischen der internen Beanspruchung und der Lebens dauer des Halbleiterlasers und der Beziehung zwischen der internen Beanspruchung und der Ausbeute die Lebensdauer (MTTF) und die Ausbeute der Halbleiterlaservorrichtung ver bessert werden, wenn die interne Beanspruchung verringert wird.

Ausführungsbeispiel 2

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben.

Die Fig. 4(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halb leiterlaservorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbei spiel darstellt, während Fig. 4(b) eine Unteransicht des in der Halbleiterlaservorrichtung verwendeten Halbleiterlaser chips darstellt, wie sie von der Seite der unteren Elek trode gesehen wird. In den Fig. 4(a) und 4(b) bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1(a) und 1(b) glei che oder entsprechende Teile. Das Bezugszeichen 7 bezeich net eine auf Au basierende Elektrode, welche mittels eines Vakuumabscheideverfahrens oder eines Sputterverfahrens an der Oberfläche der Abdeckschicht 6 ausgebildet wird. Die untere Elektrode 7 des Halbleiterlaserchips besitzt bei spielsweise ein Elektrodenmaterial bestehend aus Ti oder Au(88%)-Ge(12%) von 500 Å Dicke und Au von 2500 Å Dicke, die von der Seite der Oberfläche der Abdeckschicht 6 auf einandergeschichtet sind. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine nicht-legierte Elektrodenschicht, die als nicht-le gierte Schicht aus dem gleichen Material besteht wie die nicht-legierte Elektrodenschicht 7b gemäß dem ersten Aus führungsbeispiel.

In Fig. 4(b) stellt ein durch gestrichelte Linien um randeter Bereich den Lichtemissionsbereich 5 des Halblei terlaserchips dar.

Wie in Fig. 4(b) dargestellt, ist die nicht-legierte Elektrodenschicht 21 im Bereich 71 an der Oberfläche der unteren Laserelektrode 7 innerhalb vorbestimmter Abstände direkt unterhalb von der Mittellinie in Längsrichtung des Lichtemissionsbereichs 5 ausgebildet.

In den Fig. 4(a) und 4(b) bezeichnet das Bezugszeichen d einen Abstand von der unteren Oberfläche der aktiven Schicht 4 zur unteren Oberfläche der unteren Laserelektrode 7. Das Bezugszeichen W bezeichnet die Länge in Breiten bzw. Querrichtung des Lichtemissionsbereichs in dem Bereich der unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips, an dem die nicht-legierte Elektrodenschicht 21 ausgebildet wird. Das Bezugszeichen L bezeichnet die Länge in Längsrichtung des Lichtemissionsbereichs 5, d. h. die Länge in Längsrichtung des Lichtemissionsbereichs im Halbleiterlaserchip. Das Be zugszeichen A bezeichnet die Fläche der gesamten unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips.

Gemäß dieser Halbleiterlaservorrichtung wird die nicht legierte Schicht 21, die nicht mit der Lötschicht 8 legiert wird, in den Bereich 71 innerhalb der vorbestimmten Abstän de direkt unterhalb der Mittellinie in Längsrichtung des Lichtemissionsbereichs 5 der entsprechenden Oberflächen der unteren Laseroberflächenelektrode 7 und der Lötschicht 8 eingefügt, wodurch keine Legierung am Kontaktabschnitt der nicht-legierten Elektrodenschicht 21 und der Lötschicht 8 auftritt. Demzufolge wird die Befestigung zwischen der nicht-legierten Elektrodenschicht 21 und der Lötschicht 8 nicht starr bzw. fest. Die aufgrund der Unterschiede in den thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halblei terlaserchip 100b und dem Kühlkörper 200b erzeugte Bean spruchung wird daher nur einem Abschnitt der unteren Laser elektrode 7 zugeführt, der starr bzw. fest mit der Löt schicht 8 verbunden ist, wodurch die interne Beanspruchung im Bereich in der Nähe des Lichtemissionsbereichs 5 deut lich verringert ist.

Darüberhinaus wird durch Ausbilden des Bereichs, bei dem die nicht-legierte Elektrodenschicht 21 ausgebildet ist, zu einem Bereich mit einer Breite W, die ähnlich dem freiliegenden Bereich der im ersten Ausführungsbeispiel be schriebenen nicht-legierten Elektrodenschicht 7b ist, die GaAs-Beschädigung in der Lichtemissionsschicht 5 unter drückt, wodurch man eine Halbleiterlaservorrichtung mit ei ner ausreichenden Haftkraft bzw. Adhäsionsintensität er hält. Daher kann die Lebensdauer (MTTF) und die Ausbeute der Halbleiterlaservorrichtung verbessert werden.

Ausführungsbeispiel 3

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben.

Die Fig. 5(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halb leiterlaservorrichtung gemäß einem dritten erfindungsgemä ßen Ausführungsbeispiel darstellt, während die Fig. 5(b) eine Unteransicht eines in der Halbleiterlaservorrichtung verwendeten Halbleiterlaserchips darstellt. In den Fig. 5(a) und 5(b) bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1(a) und 1(b) und 4(a) und 4(b) gleiche oder ent sprechende Teile. Das Bezugszeichen 31 bezeichnet eine Iso lierschicht, die auf dem gleichen Bereich wie die in Fig. 4(a) dargestellte nicht-legierte Elektrodenschicht 21 aus gebildet ist. Sie besteht beispielsweise aus Al₂O₃, SiO₂, SiN, ZnO, SiC und BaTiO₃, wobei keine Legierungsreaktion mit der verwendeten Lötschicht 8 auftritt.

Gemäß der Halbleiterlaservorrichtung des dritten Aus führungsbeispiels wird als nicht-legierte Schicht die Iso lierschicht 31 in einem Bereich ausgebildet, der ähnlich zu dem Bereich ist, der im zweiten Ausführungsbeispiel der nicht-legierten Elektrodenschicht 21 entspricht.

Dadurch tritt keine Legierung der Lötschicht 8 mit der Isolierschicht 31 auf, wodurch die Haftkraft zwischen der Isolierschicht 31 und der Lötschicht 8 kleiner ist als die Haftkraft zwischen der nicht-legierten Elektrodenschicht 21 und der Lötschicht 8. Daher wird die während der Verringe rung der Temperatur nach dem Schmelzen des Lots auftretende interne Beanspruchung aufgrund der Unterschiede bei den thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halblei terlaserchip 100b und dem Kühlkörper 200b nur dem Abschnitt der unteren Laserelektrode 7 zugeführt, die starr mit der Lötschicht 8 verbunden ist, während die interne Beanspru chung im Bereich in der Nähe des Lichtemissionsbereichs 5 deutlich verringert werden kann.

Darüber hinaus wird der Bereich, bei dem die Isolier schicht 31 ausgebildet wird, zu einem Bereich mit einer Breite W, die gleich groß der Breite des freiliegenden Be reichs der nicht-legierten Elektrodenschicht 7b des ersten Ausführungsbeispiels ist, wodurch die GaAs-Beschädigung im Lichtemissionsbereich 5 unterdrückt wird. Dadurch ergibt sich eine Halbleitervorrichtung, die mit einer ausreichen den Haftkraft befestigt ist. Die Lebensdauer (MTTF) sowie die Ausbeute der Halbleitervorrichtung kann daher verbes sert werden.

Da in diesem dritten Ausführungsbeispiel die nicht-le gierte Schicht 31 aus einem Isolator besteht, fließt durch diesen Abschnitt kein Strom. Da jedoch der elektrische Wi derstand der unteren Laserelektrode 7 gering ist, sind die auf den Laserbetrieb einwirkenden Einflüsse gering, wodurch keine Probleme bei der Verwendung hervorgerufen werden.

Ausführungsbeispiel 4

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben.

Die Fig. 6(a)-6(c) zeigen Schnittansichten, die Prozeß schritte in einem Herstellungsverfahren für eine Halblei terlaservorrichtung gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellen, wobei insbesondere ein Pro zeßschritt zum Befestigen der Halbleiterlaservorrichtung auf dem Kühlkörper dargestellt ist. Das Herstellungsverfah ren der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem vierten Aus führungsbeispiel entspricht dem Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung gemäß Fig. 4(a) und 5(a), wie sie im zweiten und dritten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.

Wie im ersten Ausführungsbeispiel werden zu Beginn die eine Laserstruktur ausbildenden Halbleiterschichten 4 und 6 an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 3 abgeschieden. Daraufhin wird im vierten Ausführungsbeispiel die untere Laserelektrode 7, die im ohmschen Kontakt mit der Abdeck schicht 6 ist und aus der legierten Elektrodenschicht be steht, die mit der Lötschicht 8 legiert ist, an der Ober fläche der Abdeckschicht 6 ausgebildet, während im Bereich der Oberfläche der unteren Laserelektrode 7 innerhalb eines vorbestimmten Abstands direkt unterhalb der Mittellinie in Längsrichtung des Lichtemissionsbereichs 5 des Halbleiter laserchips die nicht-legierte Elektrodenschicht 21 (oder Isolierschicht 31) als eine nicht-legierte Schicht ausge bildet wird, die mit der Lötschicht 8 keine Legierung ein geht. Dadurch wird der in Fig. 6(a) dargestellte Halblei terlaserchip 100b ausgebildet. Darüber hinaus wird im Schritt gemäß Fig. 6(a) eine Lötschicht 8 in einem Bereich der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 200b ausgebildet, der die obere Kühlkörperelektrode 2 als seine obere Oberfläche und die untere Kühlkörperelektrode 10 als seine untere Oberfläche aufweist, wobei auf diesem Bereich der Halblei terlaserchip 100b montiert wird. Daraufhin wird im Schritt gemäß Fig. 6(b) der Halbleiterlaserchip 100b aufgedrückt und die Temperatur auf eine Temperatur angehoben, bei der die Lötschicht 8 schmilzt. Im Schritt gemäß Fig. 6(c) wer den die Lötschicht 8 und die obere Kühlkörperelektrode 2, sowie die Lötschicht 8 und ein Abschnitt der unteren Laser elektrode 7, an dem die nicht-legierte Elektrodenschicht 21 (oder die Isolierschicht 31) nicht ausgebildet ist, mitein ander legiert und anschließend die Temperatur auf Zimmer temperatur verringert, wodurch man eine Halbleiterlaservor richtung erhält, deren Kühlkörper 200b mit dem Halbleiter laserchip 100b über die Lötschicht 8 miteinander verbunden bzw. befestigt ist.

Bei der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel wird die nicht-legierte Elektroden schicht 21 (oder die Isolierschicht 31) an einer unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips 100b ausgebildet. Der Halbleiterlaserchip 100b und der Kühlkörper 200b werden über die Lötschicht 8 miteinander verbunden, weshalb keine Legierung an den Kontaktabschnitten der nicht-legierten Elektrodenschicht 21 (oder der Isolierschicht 31) und der Lötschicht 8 auftritt und der Befestigungs- bzw. Haftzu stand der nicht-legierten Elektrodenschicht 21 (oder der Isolierschicht 31) mit der Lötschicht 8 nicht starr wird. Wenn daher die Temperatur nach dem Schmelzen des Lots ver ringert wird, wird die aufgrund des Unterschieds in dem thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halblei terlaserchip 100b und dem Kühlkörper 200b erzeugte interne Beanspruchung nur einem Abschnitt der unteren Laseroberflä che 7 zugeführt, die starr mit der Lötschicht 8 befestigt bzw. verbunden ist. Dadurch kann die interne Beanspruchung im Bereich in der Nähe des Lichtemissionsbereichs 5 deut lich verringert werden. Wenn ferner der Bereich, an dem die nicht-legierte Elektrodenschicht 21 (oder die Isolier schicht 31) ausgebildet wird, zu einem Bereich mit einer Breite W wird, die ähnlich zum freiliegenden Bereich der nicht-legierten Elektrodenschicht 7b ist, werden GaAs-Be schädigungen im Lichtemissionsbereich 5 unterdrückt, wo durch man eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer ausrei chenden Haftkraft erhält. Daher kann die Lebensdauer (MTTF) und die Ausbeute des Halbleiterlasers verbessert werden.

Ausführungsbeispiel 5

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem fünften erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben. Die Fig. 7(a) zeigt eine Schnittansicht, die ei ne Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem fünften erfin dungsgemäßen Ausführungsbeispiel darstellt, während die Fig. 7(b) eine Draufsicht des im fünften Ausführungsbei spiel verwendeten Kühlkörpers vor der Befestigung dar stellt, wie sie sich von der Seite der oberen Elektrode er gibt.

Die Fig. 8(a)-8(c) zeigen Schnittansichten, die Prozeß schritte im Herstellungsverfahren für die Halbleitervor richtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel darstellen, wobei insbesondere ein Prozeßschritt zum Befestigen des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper dargestellt ist.

In den Fig. 7(a) und 7(b) sowie 8(a)-8(c) bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 4(a) und 4(b) gleiche oder entsprechende Teile. Das Bezugszeichen 41 be zeichnet eine nicht-legierte Schicht, die aus dem gleichen Material wie die im zweiten Ausführungsbeispiel beschrie bene nicht-legierte Elektrodenschicht 21, oder dem gleichen Material, wie die im dritten Ausführungsbeispiel beschrie bene Isolierschicht 31 besteht.

Zunächst werden wie im vierten Ausführungsbeispiel die eine Laserstruktur ausbildenden Halbleiterschichten 4 und 6 auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats 3 ausgebildet. Daraufhin wird im fünften Ausführungsbeispiel eine untere Laserelektrode 7 bestehend aus der legierten Elektroden schicht, die im ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht steht und mit der Lötschicht 8 legiert ist, an der Oberflä che der Abdeckschicht 6 ausgebildet, wodurch man den in Fig. 8(a) dargestellten Halbleiterlaserchip 100c erhält. Ferner wird im Schritt gemäß Fig. 8(a) die Lötschicht 8 in einem Bereich der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 200c ausgebildet, der an seiner oberen Oberfläche eine obere Kühlkörperelektrode 2 und an seiner unteren Oberfläche eine untere Kühlkörperelektrode 10 aufweist. Auf diesem Bereich wird der Halbleiterlaserchip 100c montiert, wobei die nicht-legierte Schicht 41, die mit der Lötschicht 8 nicht legiert ist, in einem Bereich der oberen Oberfläche der Lötschicht 8 innerhalb vorbestimmter Abstände direkt unter halb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs 5 des Halb leiterlaserchips 100c in Längsrichtung ausgebildet ist. Daraufhin wird im Schritt gemäß Fig. 8(b) der Halbleiterla serchip 100c auf die Lötschicht 8 des Kühlkörpers 200c und die nicht-legierte Schicht 41 aufgedrückt, wobei die Tempe ratur auf eine Temperatur angehoben wird, bei der die Löt schicht 8 schmilzt. Im Schritt gemäß Fig. 8(c) werden die Lötschicht 8 und die untere Laserelektrode 7 sowie die Löt schicht 8 und ein Abschnitt der oberen Kühlkörperelektrode 2, an dem die nicht-legierte Schicht nicht ausgebildet ist, miteinander legiert.

Daraufhin wird die Temperatur auf Zimmertemperatur er niedrigt wodurch man eine Halbleiterlaservorrichtung er hält, bei der der Kühlkörper 200c mit dem Halbleiterlaser chip 100c über die Lötschicht 8 miteinander verbunden sind.

In der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel wird die nicht-legierte Schicht 41 auf der Lötschicht 8 an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 200c ausgebildet, während der Halbleiterlaserchip 100c und der Kühlkörper 200c über die Lötschicht 8 miteinander ver bunden werden.

Daher tritt keine Legierung beim Kontaktabschnitt der nicht-legierten Schicht 41 und der Lötschicht 8 auf. Da nur die nicht-legierte Schicht 41 und die untere Laserelektrode 7 miteinander in Kontakt stehen, wird der Befestigungszu stand der Abschnitte der unteren Laserelektrode 7 und der in Kontakt mit der nicht-legierten Schicht 41 befindlichen unteren Kühlkörperelektrode 2 im Vergleich zum vierten Aus führungsbeispiel schwach.

Daher wird während der Verringerung der Temperatur nach dem Schmelzen des Lots die aufgrund des Unterschieds bei den thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halb leiterlaserchip 100c und dem Kühlkörper 200c erzeugte in terne Beanspruchung nur an der Stelle zugeführt, an der die untere Laserelektrode 7 starr bzw. fest mit der Lötschicht 8 verbunden ist. Dadurch kann die interne Beanspruchung im Bereich in der Nähe des Lichtemissionsbereichs 5 deutlich reduziert werden.

Darüber hinaus wird der Bereich, bei dem die nicht-le gierte Schicht 41 ausgebildet ist, zu einem Bereich, der ähnlich dem freiliegenden Bereich des nicht-legierten Elek trodenbereichs 7b gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist, wodurch eine GaAs-Beschädigung im Lichtemissionsbereich un terdrückt wird. Dadurch erhält man wie im ersten Ausfüh rungsbeispiel eine Halbleitervorrichtung mit einer ausrei chenden Haftkraft. Die Lebensdauer (MTTF) und die Ausbeute der Halbleiterlaservorrichtung kann daher verbessert wer den.

Ausführungsbeispiel 6

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem sechsten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben.

Die Fig. 9(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halb leiterlasereinrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbei spiel darstellt, während Fig. 9(b) eine Ansicht des in der Halbleiterlaservorrichtung verwendeten Halbleiterlaserchips von unten darstellt, wie er von der Seite der unteren Elek trode gesehen wird. In den Fig. 9(a) und 9(b) bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1(a) und 1(b) gleiche oder entsprechende Teile. Das Bezugszeichen 7d be zeichnet eine Beabstandungselektrodenschicht mit beispiels weise Au als Hauptkomponente welches mit der Lötschicht 8 legiert wird. Ihre Dicke wird derart ausgewählt, daß die ohmsche Elektrodenschicht 7a und die Lötschicht 8 nicht miteinander in Kontakt geraten, selbst wenn der Halbleiter laserchip und der Kühlkörper miteinander verbunden bzw. be festigt werden.

In Fig. 9(b) stellt ein mit strichlierter Linie umrande ter Bereich den Lichtemissionsbereich 5 im Halbleiterlaser dar.

Wie in Fig. 9(b) dargestellt sind die Beabstandungse lektrodenschichten 7d in Bereichen der Oberfläche der ohm schen Elektrodenschicht 7a ausgebildet, wobei die Bereiche über einen vorbestimmten Abstand hinaus entfernt direkt un terhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs 5 in Längsrichtung ausgebildet sind, wobei beispielsweise ein Ätzverfahren verwendet wird und die Beabstandungselektro denschicht 7d eine nachfolgend beschriebene vorbestimmte Dicke t_s aufweist.

In den Fig. 9(a) und 9(b) bezeichnet das Bezugszeichen d einen Abstand von der unteren Oberfläche der aktiven Schicht 4 zur unteren Oberfläche der ohmschen Elektroden schicht 7a. Das Bezugszeichen W bezeichnet eine Länge in Breiten- bzw. Querrichtung des Lichtemissionsbereichs des Bereichs 73 der unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips an der die ohmsche Elektrode 7a freiliegt. Das Bezugszei chen L bezeichnet eine Länge in Längsrichtung des Licht emissionsbereichs 5, d. h. eine Länge in Längsrichtung des Lichtemissionsbereichs des Halbleiterlaserchips, während das Bezugszeichen A die Fläche der gesamten unteren Ober fläche des Halbleiterlaserchips bezeichnet.

Die Fig. 10(a)-10(c) zeigen Schnittansichten, die Pro zeßschritte in einem Herstellungsverfahren der Halbleiter laservorrichtung gemäß dem sechsten erfindungsgemäßen Aus führungsbeispiel darstellen, wobei insbesondere ein Prozeß schritt zum Befestigen des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper dargestellt ist.

Zunächst werden wie in den vorherstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die eine Laserstruktur ausbildenden Halbleiterschichten 4 und 6 an einer Oberfläche des Halb leitersubstrats 3 ausgebildet. Eine ohmsche Elektroden schicht 7a wird in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht 6 an der Oberfläche der Abdeckschicht 6 ausgebildet. Die mit der Lötschicht 8 legierten Beabstandungselektroden 7d wer den an Bereichen der Oberfläche der Abdeckschicht 6 ausge bildet, wobei die Bereiche über einem vorbestimmten Abstand hinaus direkt unterhalb der Mittellinie des Lichtemissions bereichs 5 des Halbleiterlaserchips in Längsrichtung ausge bildet sind. Jede besitzt hierbei eine Dicke t_s, welche nachfolgend beschrieben wird, wodurch ein Halbleiterlaser chip 100d ausgebildet wird, wie er in Fig. 10(a) darge stellt ist. Daraufhin wird im Schritt gemäß Fig. 10(a) eine Lötschicht 8 in einem Bereich der oberen Oberfläche des Kühlkörpers 200d ausgebildet, der an seiner oberen Oberflä che die obere Kühlkörperelektrode 2 und an seiner unteren Oberfläche die untere Kühlkörperelektrode 10 aufweist, wo bei in diesem Bereich der Halbleiterlaserchip 100d montiert wird. Im Schritt gemäß Fig. 10(b) wird der Halbleiterlaser chip 100d auf die Lötschicht 8 auf den Kühlkörper 200d auf gedrückt und die Temperatur auf eine Temperatur angehoben, bei der die Lötschicht 8 schmilzt. Im Schritt gemäß Fig. 10(c) werden die Lötschicht 8 und die Beabstandungselektro denschicht 7d sowie die Lötschicht 8 und die obere Kühlkör perelektrode 2 miteinander legiert und die Temperatur auf Zimmertemperatur verringert, wodurch man eine Halbleiterla servorrichtung erhält, in der der Kühlkörper 200d mit dem Halbleiterlaserchip 100d über die Lötschicht 8 miteinander verbunden ist.

Nachfolgend wird die Dicke t_s der Beabstandungselektro denschicht 7d beschrieben.

Die Dicke dieser Elektrodenschicht 7d sollte eine der artige Dicke aufweisen, daß die Lötschicht 8 nicht in Kon takt mit der ohmschen Elektrodenschicht 7a beim Befesti gungsvorgang kommt. Der untere Grenzwert der Dicke t_s der Beabstandungselektrodenschicht 7d erfüllt vorzugsweise die folgende Bedingung. Diese Bedingung lautet derart, daß: Selbst wenn bei der Befestigung des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper die Lötschicht 8 in einem Abschnitt aus gebildet wird, an dem der Halbleiterlaser 100d montiert wird, und die gesamte Lötschicht den konkaven Teil an der unteren Oberfläche des durch die Beabstandungselektroden schicht 7d ausgebildeten Halbleiterlaserchips 100d eintritt bzw. erreicht, wird der konkave Teil nicht durch das Lot gefüllt. Genauer gesagt kann der untere Wert der Dicke t_s der Beabstandungselektrodenschicht 7d vorzugsweise durch:

dargestellt werden.

Unter der Annahme, daß die Dicke der Lötschicht 8 t_h, die Breite des Halbleiterlaserchips 100d Q, die Länge in Querrichtung des Bereichs 73 (des konkaven T 20214 00070 552 001000280000000200012000285912010300040 0002019632635 00004 20095eils), an dem die Beabstandungselektrode 7d nicht ausgebildet ist, W ist.

In diesem sechsten Ausführungsbeispiel wird der Halb leiterlaserchip 100d derart ausgebildet, daß die Beabstan dungselektrodenschichten 7d jeweils die vorherstehend be schriebene Dicke t_s aufweisen und in Bereichen an der Ober fläche der ohmschen Elektrodenschicht 7a ausgebildet sind, wobei die Bereiche über einen vorbestimmten Abstand hinaus direkt unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs 5 in Längsrichtung ausgebildet sind. Die untere Oberfläche des Halbleiterlaserchips 100d besitzt einen konkaven Teil im Bereich 73 innerhalb der vorbestimmten Abstände direkt unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs 5 in Längsrichtung. Da der Halbleiterlaserchip 100d und der Kühlkörper 200d über die Lötschicht miteinander verbunden sind, befindet sich die Lötschicht 8 nicht in Kontakt mit dem Bereich der unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips 100d, an der die ohmsche Elektrode 7a freiliegt, wodurch dieser Bereich nicht verbunden bzw. befestigt wird. Daher wird die während der Verringerung der Temperatur nach dem Schmelzen des Lots aufgrund des Unterschieds in den therm ischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halbleiterla serchip 100d und dem Kühlkörper 200d erzeugte interne Bean spruchung nur an der Stelle zugeführt, an der die Beabstan dungselektrodenschichten 7d vorliegen. Die interne Bean spruchung in der Nähe des Bereichs, an dem der Lichtemissi onsbereich 5 liegt, wird dadurch deutlich verringert. Dar über hinaus besitzt die Breite W des konkaven Teils, der durch die Beabstandungselektrodenschichten 7d ausgebildet wird, einen Wert in einem Bereich, der durch die Formel ge mäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt wird, wo durch die GaAs-Beschädigung im Lichtemissionsbereich 5 un terdrückt wird und man eine Halbleiterlaservorrichtung mit einer ausreichenden Haftkraft erhält.

Darüber hinaus wird durch das Vorsehen der Beabstan dungselektrodenschichten 7d während des Montierens des Halbleiterlaserchips 100d auf den Kühlkörper 200d die unte re Oberfläche des Halbleiterlaserchips 100d in Kontakt mit der Lötschicht 8 an den Bereich gebracht, an dem die Beab standungselektrodenschichten 7d ausgebildet sind. Dadurch berührt die Oberfläche des Bereichs direkt unterhalb des Lichtemissionsbereichs 5 nicht unmittelbar die Lötschicht 8. Ein direkt dem Lichtemissionsbereich zugeführter Stoß beim Montieren kann somit verringert bzw. abgeschwächt wer den, wodurch die während des Herstellungsprozesses erzeug ten Beschädigungen der Halbleiterlaservorrichtung verrin gert werden.

Während die thermischen Diffusionscharakteristika der Halbleiterlaservorrichtung gemäß dem sechsten Ausführungs beispiel im Vergleich zu den vorherstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen geringer bzw. schlechter sind, da ein Freiraum am konkaven Teil an der unteren Oberfläche des Lichtemissionsbereichs 5 erzeugt wird, wobei die Halblei terlaservorrichtung eine geringe Temperatur und eine ge ringe Ausgangssignaloperation durchführt, kann die Halblei terlaservorrichtung verwendet werden, da dieser Einfluß ge ring ist, wodurch man wegen dem konkaven Teil eine Halblei terlaservorrichtung erhält, die dem Lichtemissionsbereich eine verringerte interne Beanspruchung zuführt.

Ausführungsbeispiel 7

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem siebten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben.

Die Fig. 11(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem siebten Ausführungs beispiel darstellt, während Fig. 11(b) eine Draufsicht des verwendeten Kühlkörpers in der Halbleiterlaservorrichtung vor der Befestigung darstellt, wie sie von der Seite der oberen Elektrode gesehen wird. In den Fig. 11(a) und 11(b) bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 4(a) und 4(b) gleiche oder entsprechende Teile. Im siebten Ausfüh rungsbeispiel werden die Lötschichten 8 nur in den Berei chen ausgebildet, die den Bereichen der oberen Oberflächen der Kühlkörper entsprechen, an denen der Halbleiterlaser chip montiert wird. Diese Bereiche sind über einen vorbe stimmten Abstand hinaus unmittelbar unterhalb der Mittelli nie des Lichtemissionsbereichs 5 des Halbleiterlaserchips in Längsrichtung ausgebildet. Der Bereich 74 der Oberfläche der unteren Laserelektrode 7 innerhalb der vorbestimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Licht emissionsbereichs 5 in Längsrichtung befindet sich nicht in Kontakt mit der Lötschicht. Darüber hinaus bezeichnet das Bezugszeichen d einen Abstand von der unteren Oberfläche der aktiven Schicht 4 zur unteren Oberfläche der unteren Laserelektrode 7. Das Bezugszeichen W bezeichnet eine Länge in Querrichtung des Lichtemissionsbereichs der unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips, wobei der Bereich nach der Befestigung bzw. Verbindung nicht in Kontakt mit der Lötschicht 8 steht.

Die Fig. 12(a)-12(c) zeigen Schnittansichten, die Pro zeßschritte beim Herstellungsverfahren für die Halbleiter laservorrichtung gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel dar stellen, wobei insbesondere ein Prozeßschritt zum Befesti gen des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper dargestellt ist.

Wie in den vorherstehend beschriebenen Ausführungsbei spielen werden zu Beginn zum Ausbilden einer Laserstruktur Halbleiterschichten 4 und 6 an der Oberfläche des Halblei tersubstrats 3 ausgebildet. Daraufhin wird eine untere La serelektrode 7 an der Oberfläche der Abdeckschicht 6 ausge bildet, die eine legierte Elektrodenschicht aufweist, wel che mit der Lötschicht 8 legiert ist und in ohmschen Kon takt mit der Abdeckschicht 6 steht. Dadurch wird der in Fig. 12(a) dargestellte Halbleiterlaserchip 100e herge stellt. Darüber hinaus wird im Schritt gemäß Fig. 12(a) die Lötschicht 8 in Bereichen ausgebildet, die der oberen Ober fläche des Kühlkörper 200e entsprechen, der an seiner obe ren Oberfläche eine obere Kühlkörperelektrode 2 und an sei ner unteren Oberfläche eine untere Kühlkörperelektrode 10 aufweist. Auf diesen Bereich wird der Halbleiterlaserchip 100e montiert, wobei die Bereiche über einen vorbestimmten Abstand hinaus direkt unterhalb der Mittellinie des Licht emissionsbereichs 5 des zu montierenden Halbleiterlaser chips 100e in Längsrichtung angeordnet sind. Anschließend wird im Schritt gemäß Fig. 12(b) der Halbleiterlaserchip 100e auf die Lötschicht 8 auf den Kühlkörper 200e gedrückt und die Temperatur auf eine Temperatur angehoben, bei der die Lötschicht 8 schmilzt. Im Schritt gemäß Fig. 12(c) wer den die Lötschicht 8 und die obere Kühlkörperelektrode 2 sowie die untere Laserelektrode 2 und ein Abschnitt der Lötschicht 8, der mit der unteren Laserelektrode 7 in Kon takt steht miteinander legiert. Die Temperatur wird auf Zimmertemperatur verringert, wodurch man eine Halbleiterla servorrichtung erhält, bei der der Kühlkörper 200e und der Halbleiterchip 100e über die Lötschicht 8 miteinander ver bunden sind.

Da in diesem siebten Ausführungsbeispiel die Lötschich ten 8 nur in den Bereichen ausgebildet sind, die über vor bestimmte Abstände hinaus unmittelbar unterhalb der Mittel linie des Lichtemissionsbereichs 5 in Längsrichtung ausge bildet sind, und der Halbleiterlaserchip 100e und der Kühl körper 200e über die Lötschicht 8 miteinander verbunden sind, berührt die Lötschicht 8 den Bereich 74 nicht an der Oberfläche der unteren Laserelektrode 7 innerhalb der vor bestimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs 5 in Längsrichtung, wodurch der Bereich 74 nicht verbunden bzw. befestigt wird. Während der Verringerung der Temperatur nach dem Schmelzen des Lots wird daher die aufgrund der Unterschiede in den thermischen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halbleiterlaserchip 100e und dem Kühlkörper 200e erzeugte interne Beanspruchung nur der Stelle zugeführt, an der die Lötschichten 8 vorhan den sind, wodurch die am Bereich 74 anliegende interne Be anspruchung deutlich verringert werden kann. Darüber hinaus kann durch derartiges Ausbilden der Lötschicht 8, bei der die im ersten Ausführungsbeispiel beschriebene Bedingung erfüllt ist unter der Annahme, daß W eine Länge in der Querrichtung des Lichtemissionsbereichs des Bereichs ist, an dem die untere Laserelektrode 7 nicht in Kontakt mit der Lötschicht ist, L die Länge in Längsrichtung des Lichtemis sionsbereichs 5 ist, d. h., die Länge des Lichtemissionsbe reichs im Halbleiterlaserchip in Längsrichtung, und A eine Fläche der gesamten unteren Oberfläche des Halbleiterlaser chips ist, die GaAs-Beschädigung im Lichtemissionsbereich 5 unterdrückt werden. Dadurch ergibt sich eine Halbleiterla servorrichtung mit einer ausreichenden Haftkraft. Die Le bensdauer (MTTF) und die Ausbeute der Halbleiterlaservor richtung kann somit verbessert werden.

Durch das Vorsehen der Lötschichten 8 an lediglich den vorherstehend beschriebenen Bereichen berührt, wenn der Halbleiterlaserchip 100e auf den Kühlkörper 200e montiert wird, die Oberfläche des Bereichs unmittelbar unterhalb des Lichtemissionsbereichs 5 nicht direkt die Lötschicht 8, während die untere Oberfläche des Halbleiterlaserchips 100e in Kontakt mit dem Bereich ist, an dem die Lötschicht 8 ausgebildet ist. Dadurch kann der dem Lichtemissionsbereich zugeführte Schock bzw. Stoß beim Montieren aufgefangen bzw. gemindert werden, weshalb die während des Herstellungspro zesses erzeugten Beschädigungen der Halbleiterlaservorrich tung verringert werden können.

Während gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel wie im sechsten Ausführungsbeispiel ein Freiraum zwischen der un teren Laserelektrode und der oberen Kühlkörperelektrode 2 hergestellt wird, wodurch sich die thermischen Diffusions charakteristika im Vergleich zum ersten bis fünften Ausfüh rungsbeispiel verschlechtern bzw. geringer sind, kann die Halbleiterlaservorrichtung in einer Halbleiterlaservorrich tung zum Durchführen einer geringen Ausgangsoperation bei einer geringen Temperatur verwendet werden, da der Einfluß gering ist. Dadurch erhält man eine Halbleiterlaservorrich tung mit einer am Lichtemissionsbereich anliegenden verrin gerten internen Beanspruchung.

Ausführungsbeispiel 8

Nachfolgend wird eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem achten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel be schrieben.

Die Fig. 13(a) zeigt eine Schnittansicht, die eine Halbleiterlaservorrichtung gemäß einem achten Ausführungs beispiel darstellt, während die Fig. 13(b) eine Draufsicht zeigt, die einen in der Halbleiterlaservorrichtung verwen deten Kühlkörper vor der Befestigung darstellt, wie er von der Seite der oberen Elektrode gesehen wird. In den Fig. 13(a) und 13(b) bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 4(a) und 4(b) gleiche oder entsprechende Teile. Das Bezugszeichen 51 bezeichnet eine Lötschicht mit niedri gem Schmelzpunkt, bei der sich die Schmelzpunkttemperatur unterhalb der der Lötschicht 8 befindet. Beispielsweise be sitzt die Lötschicht mit niedrigem Schmelzpunkt ein Nieder schmelzpunkt-Lot mit In als Hauptkomponente, welches eine eutektische Temperatur von ca. 100-200°C aufweist, wenn ei ne Legierungsreaktion mit Au durchgeführt wird.

In diesem achten Ausführungsbeispiel besteht die Löt schicht aus Lötschichten 8, die an Bereichen ausgebildet sind, die einer oberen Oberfläche des Kühlkörpers ent spricht, auf dem der Halbleiterlaserchip zu montieren ist, wobei die Bereiche über einen vorbestimmten Abstand hinaus unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbe reichs 5 des Halbleiterlaserchips in Längsrichtung angeord net sind und die Lötschicht 51 mit niedrigem Schmelzpunkt in einem Bereich ausgebildet ist, der innerhalb der vorbe stimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs 5 in Längsrichtung und zu den Löt schichten 8 benachbart ausgebildet ist. Darüber hinaus be zeichnet das Bezugszeichen d einen Abstand von der unteren Oberfläche der aktiven Schicht 4 zur unteren Oberfläche der unteren Laserelektrode 7. Das Bezugszeichen W bezeichnet eine Länge in Breiten- bzw. Querrichtung des Lichtemissi onsbereichs eines Bereichs an der unteren Oberfläche des Halbleiterlaserchips, der mit der Lötschicht 51 mit gerin gem Schmelzpunkt nach der Befestigung in Kontakt steht.

Die Fig. 14(a)-14(c) zeigen Schnittansichten, die Pro zeßschritte im Herstellungsverfahren für die Halbleiterla servorrichtung gemäß dem achten Ausführungsbeispiel dar stellen, wobei inbesondere der Prozeßschritt zum Befestigen des Halbleiterlaserchips auf dem Kühlkörper dargestellt ist.

Wie in den vorherstehend beschriebenen Ausführungsbei spielen werden zu Beginn die eine Laserstruktur ausbilden den Halbleiterschichten 4 und 6 an der Oberfläche des Halb leitersubstrats 3 ausgebildet.

Anschließend wird eine untere Laserelektrode an der Oberfläche der Abdeckschicht 6 ausgebildet, wobei die Elek trode aus einer legierten Elektrodenschicht besteht, die mit der Lötschicht 8 legiert ist und sich im ohmschen Kon takt mit der Abdeckschicht 6 befindet. Dadurch erhält man den in Fig. 14(a) dargestellten Halbleiterlaserchip 100f. Darüber hinaus werden im Schritt gemäß Fig. 14(a) die Löt schichten 8 in Bereichen der oberen Oberfläche des Kühlkör pers 200f ausgebildet, der an seiner oberen Oberfläche eine obere Kühlkörperelektrode 2 und an seiner unteren Oberflä che eine untere Kühlkörperelektrode 10 aufweist. Darauf wird der Halbleiterlaserchip 100f montiert, wobei die Be reiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unter halb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs 5 des Halb leiterlaserchips 100f in Längsrichtung ausgebildet sind und die Lötschicht 51 mit dem geringen Schmelzpunkt in einem Bereich ausgebildet ist, der innerhalb der vorbestimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Licht emissionsbereichs in Längsrichtung ausgebildet ist und an die Lötschichten 8 angrenzt. Daraufhin wird im Schritt ge mäß Fig. 14(b) der Halbleiterlaserchip 100f auf die Löt schicht 8 und die Lötschicht 51 mit niedrigem Schmelzpunkt auf den Kühlkörper 200f gedrückt, wobei die Temperatur auf eine Temperatur angehoben wird, bei der die Lötschicht 8 schmilzt. Im Schritt gemäß Fig. 14(c) werden die Lötschicht 8 und die Lötschicht 51 mit niedrigem Schmelzpunkt sowie die obere Kühlkörperelektrode 2 und die untere Laserelek trode 7 miteinander legiert und die Temperatur auf Zimmer temperatur verringert. Dadurch erhält man eine Halbleiter laservorrichtung, bei der der Kühlkörper 200f und der Halb leiterlaserchip 100f fest miteinander verbunden sind.

Im allgemeinen wird beim Befestigungsprozeß des Halb leiterlaserchips auf dem Kühlkörper über die Lötschicht nach dem Schmelzen des Lots und während die Temperatur von der Verfestigungstemperatur des Lots (Schmelzpunkt) auf Zimmertemperatur verringert wird, die interne Beanspruchung aufgrund des Unterschieds in den thermischen Expansions koeffizienten zwischen dem Halbleiterlaserchip und dem Kühlkörper erzeugt. In diesem achten Ausführungsbeispiel wird die Lötschicht 51 mit niedrigem Schmelzpunkt in einem Bereich ausgebildet, der an der oberen Oberfläche des Kühl körpers 200f und innerhalb vorbestimmter Abstände unmittel bar unterhalb des Lichtemissionsbereichs liegt. Die Löt schicht 51 mit niedrigem Schmelzpunkt verfestigt sich in diesem Bereich zum ersten Mal zu einem Zeitpunkt, an dem die Temperatur im Befestigungsprozeß zwischen dem Kühlkör per 200f und dem Halbleiterlaserchip 100f auf ca. 100-200°C verringert wird. Dadurch verringert sich die Temperaturdif ferenz AT vom Schmelzpunkt zur Zimmertemperatur, so daß die interne Beanspruchung aufgrund der Unterschiede in den thermischen Expansionskoeffizienten an dieser Stelle ver ringert werden kann. Unter der Annahme, daß, wenn die Löt schicht 51 mit niedrigem Schmelzpunkt und die Lötschicht 8 derart ausgebildet werden, daß die im ersten Ausführungs beispiel beschriebene Gleichung erfüllt wird, W eine Breite des Bereichs an dem die Lötschicht 51 in Kontakt mit der unteren Laserelektrode 7 steht, L eine Länge des Lichtemis sionsbereichs 5 in Längsrichtung ist, d. h. eine Länge in der Längsrichtung des Lichtemissionsbereichs des Halblei terlaserchips, und A eine Fläche der gesamten unteren Ober fläche des Halbleiterlaserchips darstellt, kann eine GaAs- Beschädigung im Lichtemissionsbereich 5 unterdrückt bzw. verhindert werden, wodurch man eine Halbleiterlaservorrich tung mit einer ausreichenden Haftkraft im Vergleich zu den vorherstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erhält.

Da darüber hinaus zwei Arten von Loten mit unterschiedli chen Schmelzpunkten verarbeitet werden können, werden in einer Halbleiterlaservorrichtung, die bei hohen Arbeitstem peraturen verwendet wird, Fehler hinsichtlicht eines sich ablösenden Halbleiterlaserchips höchst unwahrscheinlich auftreten.

Eine Halbleiterlaservorrichtung besitzt: einen Halblei terlaserchip; einen Kühlkörper, auf dem der Halbleiterla serchip über eine Lötschicht montiert wird; eine auf dem Halbleiterlaserchip ausgebildete untere Elektrode mit einer nicht-legierten Schicht, die mit der Lötschicht keine Le gierung eingeht, in einem Bereich gegenüber der Lötschicht an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers und innerhalb von vorbestimmten Abständen unmittelbar unterhalb der Mittelli nie des Lichtemissionsbereichs des Halbleiterlaserchips in Längsrichtung ausgebildet ist, wobei Schichten an den Ober flächen der unteren Laserelektrode mit Ausnahme des einen Bereichs mit der Lötschicht eine Legierung ausbilden, wo durch eine Befestigung mit der Lötschicht hergestellt wird. Dadurch kann die aufgrund von Unterschieden in den thermi schen Expansionskoeffizienten zwischen dem Halbleiterlaser chip und dem Kühlkörper erzeugte interne Beanspruchung bzw. Spannung, welche am lichtemittierenden Bereich anliegt, verringert und eine GaAs-Beschädigung im Lichtemissionsbe reich verhindert werden.

Claims

1. Halbleiterlaservorrichtung mit (Fig. 1(a)):
einem Halbleiterlaserchip (100a);
einem Kühlkörper (200a) auf dem der Halbleiterlaser chip (100a) über eine Lötschicht (8) montiert ist;
einer auf dem Halbleiterlaserchip (100a) ausgebildeten unteren Elektrode bestehend aus einer nicht-legierten Schicht (7b) die mit der Lötschicht (8) keine Legierung eingeht und an dem der Lötschicht (8) an der Oberfläche des Kühlkörpers (200a) gegenüberliegenden Bereich ausgebildet ist, der innerhalb vorbestimmter Abstände (70) unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) des Halbleiterlaserchips (100a) in Längsrichtung liegt, und Schichten (7c) an der Oberfläche der unteren Laserelektrode mit Ausnahme des Bereichs (70), die mit der Lötschicht (8) beim Befestigen auf der Lötschicht (8) legiert sind.

2. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 1 (Fig. 1(a) bis 1(b)), wobei unter der Annahme, daß die Länge des Lichtemissionsbereichs (5) der unteren Laserelek trode in Längsrichtung L ist, der Abstand zwischen der un teren Oberfläche des Lichtemissionsbereichs (5) zur oberen Oberfläche der nicht-legierten Schicht (7b) d ist und die Fläche an der Oberfläche der unteren Laseroberfläche A ist, die Länge W in Querrichtung des Bereichs (70), der mit der Lötschicht (8) der unteren Laserelektrode keine Legierung eingeht, in einem Bereich liegt, der die folgende Gleichung erfüllt:

3. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 1 (Fig. 1(a)), wobei die untere Laserelektrode aus den drei Schichten einer ersten ohmschen Elektrodenschicht (7a), die in ohmschen Kontakt mit einer Abdeckschicht (6) des Halb leiterlaserchips (100a) steht, einer ersten nicht-legierten Metallschicht (7b), die aus einem feuerfesten Metall be steht, welches mit der an der Oberfläche der ersten ohm schen Elektrodenschicht (7a) ausgebildeten Lötschicht (8) keine Legierung eingeht, und aus ersten legierten Elektro denschichten (7c) besteht, die mit der Lötschicht (8) eine Legierung eingehen und in Bereichen ausgebildet sind, die um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) in Längsrichtung an der Oberfläche der ersten nicht-legierten Elektroden schicht (7b) ausgebildet sind, wobei die erste nicht-le gierte Elektrodenschicht (7b) und die mit ihr in Berührung stehende Lötschicht (8) nicht miteinander legiert sind, während die erste legierte Elektrodenschicht (7c) und die mit ihr in Verbindung stehende Lötschicht (8) legiert sind, wodurch die Haftung erzeugt wird.

4. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 1 (Fig. 4(a), 5(a), 7(a)), wobei die untere Laserelektrode aus einer zweiten legierten Elektrodenschicht (7) besteht, die mit der Lötschicht (8) legiert ist und in ohmschen Kon takt mit der Abdeckschicht (6) des Halbleiterlaserchips (100b, 100c) steht, und einer nicht-legierten Schicht (21, 31, 41), die mit der Lötschicht (8) keine Verbindung ein geht und in einem Bereich (71, 72) zwischen Bereichen der entsprechenden Oberflächen der zweiten legierten Elektro denschicht (7) und der gegenüberliegenden Lötschicht (8) eingeschoben ist, die innerhalb von vorbestimmten Abständen unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbe reichs (5) in Längsrichtung liegt.

5. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 4, wobei die nicht-legierte Schicht aus einem feuerfesten Me tall besteht.

6. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 4 (Fig. 5(a)), wobei die nicht-legierte Schicht aus einem Isolator (31) besteht.

7. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 1 (Fig. 9(a)), wobei die untere Laserelektrode aus zwei Schichten besteht, wobei eine zweite ohmsche Elektroden schicht (7a) in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht (6) des Halbleiterlaserchips (100d) steht und Beabstandungs- Elektrodenschichten (7d) mit der Lötschicht (8) legiert sind und in Bereichen an der Oberfläche der zweiten ohm schen Elektrodenschicht (7a) ausgebildet sind, die um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittel linie des Lichtemissionsbereichs (5) in Längsrichtung ange ordnet sind, und die zweite ohmsche Elektrodenschicht (7a) einen Teil der Oberfläche der unteren Laserelektrode dar stellt, der nicht in Kontakt mit der Lötschicht (8) ist, wobei die Beabstandungs-Elektrodenschichten (7d) mit der Lötschicht (8) eine Legierung eingehen, wodurch die Haftung erzeugt wird.

8. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 1 (Fig. 11(a)), wobei die untere Laserelektrode aus einer zweiten legierten Elektrodenschicht (7) besteht, die mit der Lötschicht (8) legiert wird und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht (6) des Halbleiterlaserchips (100e) steht, wobei die Lötschichten (8) nur an den Bereichen an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers (200e) auf dem der Halbleiterlaserchip (100e) montiert wird ausgebildet sind, die um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) des Halblei terlaserchips (100e) in Längsrichtung liegen, während ein Bereich (74) der Oberfläche der unteren Laserelektrode in nerhalb der vorbestimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) in Längs richtung nicht in Kontakt mit der Lötschicht (8) steht.

9. Halbleiterlaservorrichtung (Fig. 13(a)) mit:
einem Halbleiterlaserchip (100f);
einem Kühlkörper (200f) auf den der Halbleiterlaser chip (100f) über eine Lötschicht (8) befestigt wird; wobei die Lötschicht (8) aus ersten Lötschichten (8) be steht, die in Bereichen an der oberen Oberfläche des Kühl körpers (200f) auf denen der Halbleiterlaserchip (100f) montiert wird, wobei die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Licht emissionsbereichs (5) des Halbleiterlaserchips (100f) in Längsrichtung angeordnet sind, während eine zweite Löt schicht (51) in einem Bereich innerhalb der vorbestimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichte missionsbereichs (5) in Längsrichtung ausgebildet ist und an die erste Lötschicht (8) angrenzt, wobei die zweite Löt schicht (51) ein Lot mit einem geringeren Schmelzpunkt als der der ersten Lötschicht (8) aufweist.

10. Halbleiterlaservorrichtung nach Patentanspruch 9 (Fig. 13(a)), wobei unter der Annahme, daß die Länge des Lichtemissionsbereichs (5) der unteren Laserelektrode (7) in Längsrichtung L ist, der Abstand von der unteren Ober fläche des Lichtemissionsbereichs (5) zur unteren Oberflä che der unteren Oberflächenelektrode (7) d ist, und die Fläche an der Oberfläche der unteren Laserelektrode (7) A ist, die Länge W in Breitenrichtung eines Bereichs der un teren Laserelektrode (7), die sich in Kontakt mit der zwei ten Lötschicht (51) befindet, innerhalb eines Bereiches liegt, der die folgende Gleichung erfüllt:

11. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterlaser vorrichtung (Fig. 2(a) bis 2(c)), welche einen auf einen Kühlkörper (200a) gebondeten Halbleiterlaserchip (100a) aufweist, bestehend aus den Schritten:
Ausbilden eines Halbleiterlaserchips (100a), wobei entsprechende eine Laserstruktur ausbildende Halbleiter schichten an einer Oberfläche des Halbleitersubstrats (3) bis zu einer Abdeckschicht (6) abgeschieden werden;
Ausbilden einer ersten ohmschen Elektrodenschicht (7a) an der Oberfläche der Abdeckschicht (6), die sich in ohm schen Kontakt mit der Abdeckschicht (6) befindet;
Ausbilden einer ersten nicht-legierten Elektroden schicht (7b), die aus einem feuerfesten Metall besteht, welches mit der Lötschicht (8) an der Oberfläche der ersten ohmschen Elektrodenschicht (7a) keine Legierung eingeht;
Ausbilden von ersten legierten Elektrodenschichten (7c), die mit der Lötschicht (8) in den Bereichen an der Oberfläche der ersten nicht-legierten Elektrodenschicht (7b) eine Legierung eingehen, wobei die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände direkt unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) des Halbleiterlaserchips (100a) in Längsrichtung liegen;
Ausbilden der Lötschicht (8) in einem Bereich an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers (200a) mit einer oberen Elektrode (2) und einer unteren Elektrode (10) an seiner oberen Oberfläche und an seiner rückwärtigen Oberfläche; und
Andrücken des Halbleiterlaserchips (100a) auf die Löt schicht (8) auf dem Kühlkörper (200a), Erhöhen der Tempera tur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht (8) schmilzt, Legieren der ersten legierten Elektrodenschicht (7c) mit der Lötschicht (8), sowie der oberen Elektrode (2) des Kühlkörpers (200a) mit der Lötschicht (8) und anschlie ßendem Verringern der Temperatur auf Zimmertemperatur, wo durch die Befestigung zwischen dem Halbleiterlaserchip (100a) und dem Kühlkörper (200a) erzeugt wird.

12. Herstellungsverfahren einer Halbleiterlaservor richtung (Fig. 6(a) bis 6(c)), die aus einem auf einem Kühlkörper (200b) gebondeten Halbleiterlaserchip (100b) be steht, mit den Schritten:
Ausbilden eines Halbleiterlaserchips (100b), wobei zum Ausbilden einer Laserstruktur an einer Oberfläche des Halb leitersubstrats (3) bis zu einer Abdeckschicht (6) Halblei terschichten abgeschieden werden;
Ausbilden einer zweiten legierten Elektrodenschicht (7), die mit der Lötschicht (8) eine Legierung eingeht und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht (6) steht; Ausbilden einer nicht-legierten Schicht (21 (31)), die in einem Bereich (71) an der Oberfläche der zweiten legier ten Elektrodenschicht (7) innerhalb vorbestimmter Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbe reichs (5) des Halbleiterlaserchips (100b) in Längsrichtung ausgebildet ist und keine Legierung mit der Lötschicht (8) eingeht;
Ausbilden einer Lötschicht (8) in einem Bereich in dem der Halbleiterlaserchip (100b) montiert wird auf der oberen Oberfläche des Kühlkörpers (200b), der an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Oberflächenelektrode und eine untere Oberflächenelektrode aufweist; und
Andrücken des Halbleiterlaserchips (100b) auf die Löt schicht (8) des Kühlkörpers (200b), Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht (8) schmilzt, Legieren der zweiten legierten Elektrodenschicht (7) mit der Lötschicht (8), sowie der oberen Elektrode (2) des Kühlkörpers (200b) mit der Lötschicht (8) und anschließen dem Verringern der Temperatur auf Zimmertemperatur, wodurch die Befestigung zwischen dem Halbleiterlaserchip (100b) und dem Kühlkörper (200b) hergestellt wird.

13. Herstellungsverfahren für eine Halbleiterlaservor richtung (Fig. 8(a) bis 8(c)), die aus einem auf einem Kühlkörper (200c) gebondeten Halbleiterlaserchip (100c) be steht, bestehend aus den Schritten:
Ausbilden eines Halbleiterlaserchips (100c), wobei zum Ausbilden einer Laserstruktur an einer Oberfläche des Halb leitersubstrats 3 entsprechende Halbleiterschichten und ei ne zweite legierte Elektrodenschicht ausgebildet werden, die mit der Lötschicht (8) an der Oberfläche der Abdeck schicht (6) eine Legierung eingeht und in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht (6) steht;
Ausbilden der Lötschicht (8) in einem Bereich an der Oberfläche des Kühlkörpers (200c), an dem der Halbleiterla serchip (100c) montiert wird, wobei der Kühlkörper (200c) an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode (2) und eine untere Elektrode (10) aufweist, und
Ausbilden einer nicht-legierten Schicht (41), die mit der Lötschicht (8) in einem Bereich (72) der Lötschicht (8) keine Legierung ausbildet, wobei der Bereich innerhalb von vorbestimmten Abständen unmittelbar unterhalb der Mittelli nie des Lichtemissionsbereichs (5) des zu montierenden Halbleiterlaserchips (100c) in Längsrichtung liegt; und
Andrücken des Halbleiterlaserchips (100c) auf die Löt schicht (8) und die nicht-legierte Schicht (41) am Kühlkör per (200c), Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht (8) schmilzt, Legieren der zweiten le gierten Elektrodenschicht (7) mit der Lötschicht (8), sowie der oberen Elektrode (2) des Kühlkörpers (200c) mit der Lötschicht (8), und anschließendem Verringern der Tempera tur auf Zimmertemperatur, wodurch der Kühlkörper (200c) am Halbleiterlaserchip (100c) befestigt wird.

14. Herstellungsverfahren der Halbleiterlaservorrich tung nach Patentanspruch 12, wobei die nicht-legierte Schicht aus einem feuerfesten Metall besteht.

15. Herstellungsverfahren einer Halbleiterlaservor richtung nach Patentanspruch 12, wobei die nicht-legierte Schicht aus einem Isolator (31) besteht.

16. Herstellungsverfahren einer Halbleiterlaservor richtung (Fig. 10(a) bis 10(c) bestehend aus den Schrit ten:
Ausbilden eines Halbleiterlaserchips (100d), wobei zum Ausbilden einer Laserstruktur an einer Oberfläche des Halb leitersubstrats (3) bis zu einer Abdeckschicht (6) entspre chende Halbleiterschichten abgeschieden werden;
Ausbilden einer zweiten ohmschen Elektrodenschicht (7a), die sich in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht (6) an der Oberfläche der Abdeckschicht befindet;
Ausbilden von Beabstandungs-Elektrodenschichten (7d), die mit der Lötschicht (8) in den Bereichen an der Oberflä che der zweiten ohmschen Elektrodenschicht (7a) legiert sind, wobei die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbe reichs (5) des Halbleiterlaserchips (100d) in Längsrichtung ausgebildet sind und eine derartige Dicke aufweisen, daß nach der Befestigung des Halbleiterlaserchips (100d) auf den Kühlkörper (200d) die zweite ohmsche Elektrodenschicht (7a) mit der Lötschicht (8) nicht in Kontakt kommt;
Ausbilden einer Lötschicht (8) in einem Bereich, an dem der Halbleiterlaserchip (100d) an der oberen Oberfläche des Kühlkörpers (200d) zu montieren ist, wobei dieser an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode (2) und eine untere Elektrode (10) aufweist; und
Andrücken des Halbleiterlaserchips (100d) auf die Löt schicht (8) des Kühlkörpers (200d), Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht (8) schmilzt, Legieren der Beabstandungs-Elektrodenschicht (7d) mit der Lötschicht (8), sowie der oberen Elektrode (2) des Kühlkör pers (200d) mit der Lötschicht (8), und Verringern der Tem peratur auf Zimmertemperatur, wodurch der Halbleiterlaser chip (100d) mit dem Kühlkörper (200d) verbunden wird.

17. Herstellungsverfahren für eine Halbleiterlaservor richtung nach Patentanspruch 16 (Fig. 10(a) bis 10(c)), wobei die Dicke t_s der Beabstandungs-Elektrodenschicht (7d) auf einen Wert eingestellt wird, der die folgende Gleichung erfüllt: wobei die Dicke der Lötschicht (8) vor dem Befestigen des Halbleiterlaserchips (100d) auf dem Kühlkörper (200d) t_h ist, die Gesamtlänge in Querrichtung des Lichtemissionsbe reichs (5) des Halbleiterlaserchips (100d) Q ist, und die Länge in Querrichtung des Lichtemissionsbereiches (5) in einem Bereich, an dem die Beabstandungs-Elektrodenschicht (7d) nicht ausgebildet ist, W ist.

18. Herstellungsverfahren für eine Halbleiterlaservor richtung (Fig. 12(a) bis 12(c)), die einen auf einem Kühlkörper (200e) gebondeten Halbleiterlaserchip (100e) aufweist, bestehend aus den Schritten:
Ausbilden eines Halbleiterlaserchips (100e), wobei zum Ausbilden einer Laserstruktur auf einer Oberfläche des Halbleitersubstrats (3) bis zu einer Abdeckschicht (6) ent sprechende Halbleiterschichten abgeschieden werden;
Ausbilden einer zweiten legierten Elektrodenschicht (7) die mit der Lötschicht (8) legiert wird und an der Oberfläche der Abdeckschicht (6) in ohmschen Kontakt mit der Abdeckschicht (6) steht;
Ausbilden von Lötschichten (8) im Bereiche der oberen Oberfläche des Kühlkörpers (200e) an denen der Halbleiter laserchip (100e) montiert wird, wobei der Kühlkörper an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode (2) und eine untere Elektrode (10) aufweist, und die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) des zu montierenden Halbleiterlaserchips (100e) in Längs richtung liegen; und
Andrücken des Halbleiterlaserchips (100e) auf der Löt schicht (8) des Kühlkörpers (200e), Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der die Lötschicht (8) schmilzt, legieren der zweiten legierten Elektrodenschicht (7) mit der Lötschicht (8) sowie der oberen Oberfläche des Kühlkör pers (200e) mit der Lötschicht (8), und Verringern der Tem peratur auf Zimmertemperatur, wodurch der Halbleiterlaser chip (100e) mit dem Kühlkörper (200e) fest verbunden wird.

19. Herstellungsverfahren für eine Halbleiterlaservor richtung (Fig. 14(a) bis 14(c)), die einen auf einen Kühlkörper (200f) gebondeten Halbleiterlaserchip (100f) aufweist, bestehend aus den Schritten:
Ausbilden eines Halbleiterlaserchips (100f), wobei zum Ausbilden einer Laserstruktur an einer Oberfläche des Halb leitersubstrats (3) bis zu einer Abdeckschicht (6) entspre chende Halbleiterschichten abgeschieden werden;
Ausbilden einer zweiten legierten Elektrodenschicht (7) die mit einer ersten Lötschicht (8) legiert wird und einer zweiten Lötschicht (51) mit einem geringeren Schmelz punkt als der der ersten Lötschicht (8) an der Oberfläche der Abdeckschicht und in ohmschen Kontakt mit der Abdeck schicht (6);
Ausbilden von ersten Lötschichten (8) an Bereichen der Oberfläche des Kühlkörpers (200f), an denen der Halbleiter laserchip (100f) montiert wird, wobei der Kühlkörper an seinen oberen und unteren Oberflächen jeweils eine obere Elektrode (2) und eine untere Elektrode (10) aufweist, und die Bereiche um mehr als vorbestimmte Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) des zu montierenden Halbleiterlaserchips (100f) in Längs richtung liegen;
Ausbilden der zweiten Lötschicht (51) in einem Bereich innerhalb der vorbestimmten Abstände unmittelbar unterhalb der Mittellinie des Lichtemissionsbereichs (5) in Längs richtung und angrenzend an die erste Lötschicht (8); und
Andrücken des Halbleiterlaserchips (100f) an die er sten und zweiten Lötschichten (8, 51) des Kühlkörpers (200f), Erhöhen der Temperatur auf eine Temperatur, bei der das Lot der ersten Lötschicht (8) schmilzt, Legieren der entsprechenden Lötschichten (8, 51) mit der zweiten legier ten Elektrodenschicht (7) sowie der entsprechenden Löt schichten (8, 51) mit der oberen Oberfläche des Kühlkörpers (200f), und anschließendem Verringern der Temperatur auf Zimmertemperatur, wodurch der Halbleiterlaserchip (100f) mit dem Kühlkörper (200f) fest verbunden wird.