DE19900335A1

DE19900335A1 - Lichtaussendende Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE19900335A1
Application number: DE19900335A
Authority: DE
Inventors: Takashi Motoda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-06-22
Filing date: 1999-01-07
Publication date: 1999-12-23
Also published as: JP2000012959A; KR20000005598A

Abstract

Ein Laserdiodenchip (1) ist an einer oberen Oberfläche einer Unterlage (2) mit Lot verbunden. Die Unterlage (2) ist auf einem Block (3) verbunden. Eine vordere Endoberfläche (C) der Unterlage (2) ist von einer lichtaussendenden Endoberfläche (A) des Laserdiodenchips (1) zu der Seite des Laserdiodenchips um eine Länge zurückgezogen, die nicht 15% einer Länge (L1) eines Resonators des Laserdiodenchips übersteigt. Somit wird eine lichtaussendende Halbleitervorrichtung erhalten, in der eine Verschlechterung des Laserdiodenchips verhindert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtaussendende Halb leitervorrichtung.

Speziell betrifft sie eine lichtaussendende Halbleitervorrich tung, bei der eine in einem Lichtaussendungsabschnitt erzeugte Beanspruchung während der Montage zum Verhindern einer Ver schlechterung reduziert wird.

Ein erstes Beispiel einer der Anmelderin bekannten lichtaussen denden Halbleitervorrichtung, eine Halbleiterlaservorrichtung für eine kurze Wellenlänge, die als Lichtquelle für eine opti sche Kommunikation oder ähnliches verwendet wird, wird nun mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Wie in Fig. 10 gezeigt ist, ist die Halbleiterlaservorrichtung mit einem Laserdiodenchip 101 des Kristalls, der auf GaAs basiert, mit Lichtaussendungs endoberflächen A und B vorgesehen, die jeweils einen Laserstrahl mit einer vorbestimmten Wellenlänge aussenden bzw. emittieren. Der Laserdiodenchip 101 ist mit einer aktiven Schicht (nicht ge zeigt) vorgesehen, die eine Funktion der Lichtverstärkung durch induzierte Emission aufweist. Vorbestimmte Halbleiterschichten sind mit der oberen und der unteren Oberfläche der aktiven Schicht verbunden.

Der Laserdiodenchip 101 ist auf einem Unterträger bzw. einer Un terlage 102 aus Silizium verbunden, die wiederum auf einem Block 103 aus Eisen verbunden ist. Dann wird durch Anlegen einer Span nung an eine Elektrode (nicht gezeigt) des Laserdiodenchips 101 Licht in der aktiven Schicht derart verstärkt, daß ein Laser strahl von den Lichtaussendungsendoberflächen A und B (von den Enden der aktiven Schicht) ausgesendet wird.

Als nächstes wird als das zweite Beispiel einer der Anmelderin bekannten lichtaussendenden Halbleitervorrichtung eine Halblei terlaservorrichtung entsprechend der Japanischen Patentanmeldung JP 5-183239 A mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist ein Laserdiodenchip 201 mit einer aktiven Schicht 209 auf einem Unterträger 202 mit einer dazwischen vor gesehenen Lotschicht 211 gebildet.

Speziell richtet die Halbleiterlaservorrichtung einen Teil eines Laserstrahls zu einer Photodiode (nicht gezeigt), die unterhalb des Laserdiodenchip vorgesehen ist, zum Steuern einer Ausgabe des Laserstrahls, der von dem Laserdiodenchip ausgesendet wird. Somit ist zum Verhindern einer Reflexion des von der aktiven Schicht 209 ausgestrahlten Laserstrahles durch die Lotschicht 211, die den Unterträger 202 und den Diodenchip 201 zum Zweck des stabilen Steuerns der Ausgabe des Laserstrahls verbindet, eine Endoberfläche 202a des Unterträgers 202 von einer Endober fläche 201a eines Resonators des Laserdiodenchips 201 zurückge zogen. Folglich ist eine Abmessung L₂₀₂ des Unterträgers 202 entlang der Länge des Resonators kürzer als eine Länge L₂₀₁ des Resonators des Laserdiodenchips 201.

Die Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem ersten Beispiel enthält den Laserdiodenchip 101, die Unterlage 102 und den Block 103. Dieser Laserdiodenchip 101, Unterlage 102 und Block 103 sind durch Lot (Lot bzw. Hartlot mit Gold und Zinn) während der Montage verbunden. Zu der Zeit ist jedes der Elemente einer me chanischen Spannung bzw. Beanspruchung proportional zu dem Un terschied seiner Temperatur, dem Unterschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten und des Elastizitätsmoduls von jedem Element beim Übergang von der Temperatur des Schmelzpunktes des Lots zu der Raumtemperatur (25°C) ausgesetzt. Speziell ist der Laserdiodenchip 101 einer Beanspruchung proportional zu dem Un terschied der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Laserdi odenchips 101 und der Unterlage 102, dem Unterschied in seiner Temperatur und dem Elastizitätsmodul des Laserdiodenchips ausge setzt.

Dann wird die in dem Laserdiodenchip erzeugte Beanspruchung durch eine dreidimensionale Beanspruchungssimulation entspre chend einem finite Elemente Verfahren berechnet. Zum Zweck der Berechnung wurden, wie in Fig. 10, 12 und 13 gezeigt ist, für die Abmessungen des Laserdiodenchips (L1×W1×H1), der Unterlage (L2×W2×H2) und des Blocks (L3×W3×H3) der Halbleiterlaservorrich tung 300×300×100 µm, 500×1000×300 µm bzw. 2000×2000×1000 µm ange nommen. Es wird angemerkt, daß Fig. 12 eine Draufsicht der Halb leiterlaservorrichtung ist und daß Fig. 13 eine Seitenansicht davon ist, wenn sie von der Seite der lichtaussendenden Endober fläche A betrachtet wird. Zusätzlich wurden für die thermischen Ausdehnungskoeffizienten die Werte des GaAs-Kristalls, des Sili ziums und des Eisens entsprechend für den Laserdiodenchip 101, die Unterlage 102 und den Block 103 verwendet. Weiterhin wurden 280°C für den Schmelzpunkt des Hartlots, das die Elemente ver bindet, und eine Raumtemperatur von 25°C angenommen.

Fig. 15 zeigt ein von der Simulation gewonnenes Ergebnis, das eine relative Größe der zwischen der einen lichtaussendenden Endoberfläche A und der anderen lichtaussendenden Endoberfläche B erzeugten Beanspruchung bzw. mechanischen Spannung in der Richtung zeigt, die parallel zu der aktiven Schicht des Laserdi odenchips 102 ist. Wie in Fig. 14 gezeigt ist, sind die Größen der in der Nähe der Verbindung zwischen dem Laserdiodenchip 101 und der Unterlage 102 in der Mitte einer Breite W1 des Laserdi odenchips 101 erzeugten mechanischen Spannungen für Punkte zwi schen der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A und der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B berechnet (SA-SC-SB).

Wie in Fig. 15 gezeigt ist, ist die in dem Laserdiodenchip 101 erzeugte mechanische Spannung an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A relativ die kleinste. Weiterhin erhöht sich die mechanische Spannung graduell bzw. allmählich von der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A zu der Seite der lichtaussen denden Endoberfläche B, wo sie den größten Wert erreicht.

Dann wurde die an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B des Laserdiodenchips 101 erzeugte mechanische Spannung spezi ell entsprechend einem ähnlichen Verfahren mit einem geänderten Wert der Länge L2 der Unterlage 102 berechnet. Das Ergebnis ist in Fig. 16 gezeigt. In Fig. 16 stellt die Abszisse ein Verhält nis der Länge L2 der Unterlage bezüglich der Länge L1, die der Resonatorlänge des Laserdiodenchips 101 entspricht, dar. Wie in Fig. 16 gezeigt ist, wurde herausgefunden, daß die an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B des Laserdiodenchips 101 erzeugte mechanische Spannung ansteigt, wenn die Länge L2 der Unterlage länger wird als die Länge L1 des Laserdiodenchips 101.

Weiterhin wurde herausgefunden, daß ein Abschnitt, der ein rela tiv hohes Niveau der mechanischen Spannung aufweist, wie durch das Ergebnis der Simulation gezeigt ist, fast dem Abschnitt ent spricht, der in dem aktuellen Laserdiodenchip eine Verschlechte rung aufweist. Somit kann der Laserdiodenchip durch die darin während der Montage erzeugte mechanische Spannung verschlechtert werden, wodurch ein stabiles Aussenden eines Laserstrahles mit einer vorbestimmten Intensität und Wellenlänge schwierig wird.

Bei der Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem zweiten Bei spiel ist speziell für den Zweck des Verhinderns einer Reflexion des Laserstrahles durch die Lotschicht 211 in der Nähe der lichtaussendenden Oberfläche 201a des Laserdiodenchips 201 die Endoberfläche 202a der Unterlage 202 von der lichtaussendenden Endoberfläche 201a des Laserdiodenchips 201 zurückgezogen. In anderen Worten steht die Endoberfläche 201a des Laserdiodenchips 201 von der Endoberfläche 202a der Unterlage 202 vor.

Wenn der Laserdiodenchip 201 und die Unterlage 202 durch die Lotschicht 211 verbunden sind, wird in dem Laserdiodenchip 201 während der Montage davon, wie in dem Fall des ersten Beispie les, eine mechanische Spannung erzeugt. Wenn eine vorstehende Länge der Endoberfläche 201a des Laserdiodenchips 201 relativ lang ist, wird jedoch die in der Nähe der lichtaussendenden Endoberfläche 201a des Laserdiodenchips 201 erzeugte mechanische Spannung häufig aufgrund des Einflusses durch den Abschnitt des Laserdiodenchips 201, der mit der Unterlage 202 verbunden ist, relativ groß. Als Ergebnis wird der Laserdiodenchip oft ver schlechtert, wie in dem Fall der Halbleiterlaservorrichtung ent sprechend dem ersten Beispiel.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtaussendende Halbleitervorrichtung vorzusehen, bei der eine Verschlechterung eines lichtaussendenden Abschnittes verhindert wird.

Die Aufgabe wird durch die lichtaussendende Halbleitervorrich tung des Anspruches 1 oder 2 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange geben.

Eine lichtaussendende Halbleitervorrichtung entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem Basismaterialab schnitt, einem Zusatzbasismaterialabschnitt und einem lichtaus sendenden Abschnitt vorgesehen. Der Zusatzbasismaterialabschnitt ist auf dem Basismaterialabschnitt vorgesehen bzw. verbunden und weist eine vordere und eine hintere Endoberfläche und eine obere Oberfläche auf. Der lichtaussendende Abschnitt ist auf der obe ren Oberfläche des Zusatzbasismaterialabschnittes vorgesehen bzw. verbunden und weist ein Paar von entgegengesetzten licht aussendenden Endoberflächen zum Aussenden von Licht auf. Die vordere Endoberfläche ist im wesentlichen in der gleichen Ebene wie eine von dem Paar der lichtaussendenden Endoberflächen ange ordnet und die hintere Endoberfläche ist im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die andere der lichtaussendenden Endoberflä chen angeordnet.

Entsprechend der Struktur sind die vordere und die hintere Endoberfläche des Zusatzbasismaterialabschnittes entsprechend in der gleichen Ebene wie die eine und die andere des Paares der lichtaussendenden Endoberflächen des lichtaussendenden Abschnit tes angeordnet. Somit sind die Niveaus der mechanischen Span nung, die in dem lichtaussendenden Abschnitt an beiden lichtaus sendenden Endoberflächen in der Nähe der Verbindung zwischen dem lichtaussendenden Abschnitt und dem Zusatzbasismaterialabschnitt während der Montage erzeugt wird, derart reduziert, daß sie un gefähr das gleiche Niveau erreichen. Als Ergebnis wird eine Ver schlechterung des lichtaussendenden Abschnittes der Halbleiter vorrichtung verhindert.

Eine lichtaussendende Halbleitervorrichtung entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem Basisma terialabschnitt, einem Zusatzbasismaterialabschnitt und einem lichtaussendenden Abschnitt vorgesehen. Der Zusatzbasismaterial abschnitt ist auf dem Basismaterialabschnitt verbunden und weist eine vordere und eine hintere Endoberfläche und eine obere Ober fläche auf. Der lichtaussendende Abschnitt ist mit der oberen Oberfläche des Zusatzbasismaterialabschnittes verbunden und weist ein Paar von entgegengesetzten lichtaussendenden Endober flächen zum Aussenden von Licht auf. Die vordere Endoberfläche des Zusatzbasismaterialabschnittes ist von einer von dem oben erwähnten Paar von lichtaussendenden Endoberflächen um eine er ste Länge zu der inneren Seite bzw. zu dem Inneren des lichtaus sendenden Abschnittes zurückgezogen. Die erste Länge übersteigt nicht 15% der Länge zwischen dem Paar der lichtaussendenden Endoberflächen.

Entsprechend der Struktur ist die vordere Endoberfläche des Zu satzbasismaterialabschnittes von einer lichtaussendenden Endoberfläche zu der inneren Seite des lichtaussendenden Ab schnittes um die Länge zurückgezogen, die nicht 15% der Länge zwischen dem Paar der lichtaussendenden Endoberfläche über steigt. Somit wird die mechanische Spannung, die in dem licht aussendenden Abschnitt in der Nähe der Verbindung zwischen dem lichtaussendenden Abschnitt und dem Zusatzbasismaterialabschnitt an der Seite der einen lichtaussendenden Endoberfläche erzeugt ist, verglichen mit dem Fall, bei dem die eine lichtaussendende Endoberfläche und die vordere Endoberfläche in der gleichen Ebe ne angeordnet sind, reduziert. Als Ergebnis wird eine Ver schlechterung des lichtaussendenden Abschnittes der Halbleiter vorrichtung effektiv verhindert.

Bevorzugt ist die hintere Endoberfläche des Zusatzbasismaterial abschnittes von der anderen des Paares der lichtaussendenden Endoberflächen um eine zweite Länge zu der inneren Seite des lichtaussendenden Abschnittes zurückgezogen. Die zweite Länge übersteigt nicht 15% der Länge zwischen dem Paar der lichtaus sendenden Endoberflächen.

In diesem Fall ist die mechanische Beanspruchung, die an der Seite der anderen lichtaussendenden Endoberfläche erzeugt ist, reduziert, wie in dem Fall der mechanischen Spannung, die an der Seite der einen lichtaussendenden Endoberfläche erzeugt ist. Als Ergebnis ist eine Verschlechterung des lichtaussendenden Ab schnittes der Halbleitervorrichtung effektiver verhindert.

Bevorzugter liegen die erste und die zweite Länge zwischen 3% und 7% der Länge zwischen dem Paar von lichtaussendenden Endoberflächen.

In diesem Fall ist die mechanische Spannung, die in dem licht aussendenden Abschnitt in der Nähe der Verbindung zwischen dem lichtaussendenden Abschnitt und dem Zusatzbasismaterialabschnitt an der Seite der einen oder der anderen der lichtaussendenden Endoberflächen während der Montage erzeugt wird, am deutlichsten reduziert. Als Ergebnis wird die Verschlechterung des lichtaus sendenden Abschnittes der lichtaussendenden Halbleitervorrich tung am effektivsten verhindert.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aufgrund der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, die eine Halbleiterlaservor richtung entsprechend einem ersten Ausführungsbei spiel zeigt,

Fig. 2 ein Diagramm, das eine Verteilung einer mechani schen Spannung, die in einem Laserdiodenchip er zeugt ist, entsprechend dem ersten Ausführungsbei spiel zeigt,

Fig. 3 ein Diagramm, das eine Abhängigkeit der mechani schen Spannung, die in dem Mittelabschnitt des La serdiodenchips und an der Seite einer lichtaussen denden Endoberfläche erzeugt wird, von der Länge einer Unterlage entsprechend dem ersten Ausfüh rungsbeispiel zeigt,

Fig. 4 eine Seitenansicht, die eine Halbleiterlaservor richtung entsprechend einem zweiten Ausführungs beispiel zeigt,

Fig. 5 ein Diagramm, das eine Abhängigkeit einer mechani schen Spannung, die an der Seite einer lichtaus sendenden Endoberfläche A eines Laserdiodenchips erzeugt wird, von einer überstehenden Länge T1 ei ner lichtaussendenden Endoberfläche entsprechend dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 6 eine Seitenansicht, die eine Halbleiterlaservor richtung entsprechend einem dritten Ausführungs beispiel zeigt,

Fig. 7 ein Diagramm, das eine Abhängigkeit einer mechani schen Spannung, die an der Seite der lichtaussen denden Endoberfläche B erzeugt wird, von einer überstehenden Länge einer lichtaussendenden Endoberfläche B entsprechend dem dritten Ausfüh rungsbeispiel zeigt,

Fig. 8 ein Diagramm, das eine Abhängigkeit der mechani schen Spannung, die in dem Mittelabschnitt eines Laserdiodenchips und an der Seite der lichtaussen denden Endoberfläche B erzeugt wird, von der über stehenden Länge der lichtaussendenden Endoberflä che B entsprechend dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt,

Fig. 9 eine Tabelle, die für die Simulation verwendete Materialkonstanten zeigt,

Fig. 10 eine Seitenansicht, die eine lichtaussendende Halbleitervorrichtung entsprechend einem der An melderin bekannten ersten Beispiel zeigt,

Fig. 11 eine Seitenansicht, die eine lichtaussendende Halbleitervorrichtung entsprechend einem der An melderin bekannten zweiten Beispiel zeigt,

Fig. 12 eine Draufsicht, die die lichtaussendende Halblei tervorrichtung entsprechen dem der Anmelderin be kannten ersten Beispiel zeigt,

Fig. 13 eine Vorderansicht, die die lichtaussendende Halb leitervorrichtung entsprechend dem ersten der An melderin bekannten Beispiel zeigt,

Fig. 14 ein Diagramm, das Abschnitte zeigt, an denen eine mechanische Spannung in einem Laserdiodenchip be rechnet wird,

Fig. 15 ein Diagramm, das eine Verteilung der mechanischen Spannung in dem Laserdiodenchip in Verbindung mit einer herkömmlichen Schwierigkeit zeigt, und

Fig. 16 ein Diagramm, das eine Abhängigkeit der mechani schen Spannung von einer Länge einer Unterlage in Verbindung mit der herkömmlichen Schwierigkeit zeigt.

Erstes Ausführungsbeispiel

Eine Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem ersten Ausfüh rungsbeispiel wird mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Halbleiterlaservorrichtung ent sprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lichtaussendende Endoberflächen A und B und einen Laserdiodenchip 1 aus einem auf GaAs basierenden Kristall auf. Der Laserdiodenchip 1 ist mit ei ner aktiven Schicht (nicht gezeigt) als Resonator, der eine Funktion der Lichtverstärkung durch induzierte Emission auf weist, vorgesehen. Vorbestimmte Halbleiterschichten sind auf ei ner oberen und einer unteren Oberfläche der aktiven Schicht ge bildet. Durch Anlegen einer Spannung an eine Elektrode (nicht gezeigt), die in dem Laserdiodenchip 1 vorgesehen ist, werden Laserstrahlen, die durch die aktive Schicht verstärkt sind, von den lichtaussendenden Endoberflächen A und B ausgesendet bzw. emittiert. Der Laserdiodenchip 1 ist mit einer oberen Oberfläche eines Unterträgers bzw. einer Unterlage 2 aus Silizium durch Hartlot während der Montage verbunden, die wiederum mit einem Block 3 aus Eisen durch Hartlot verbunden ist.

In dem Fall einer Halbleiterlaservorrichtung ist speziell eine Länge L1 des Laserdiodenchips 1 entlang der Länge des Resonators im wesentlichen das gleiche wie eine Länge L2 der Unterlage 2 entlang der Länge des Resonators, und eine vordere oder eine hintere Endoberfläche C und D der Unterlage 2 sind entsprechend im wesentlichen in der gleichen Ebene wie die lichtaussendende Endoberfläche A bzw. B des Laserdiodenchips 1 angeordnet. Durch ein Strukturieren der Halbleiterlaservorrichtung, wie oben be schrieben, wird die in dem Laserdiodenchip 1 während der Montage verursachte mechanische Spannung zum Verhindern einer Ver schlechterung des Laserdiodenchips reduziert. Dies wird detail lierter beschrieben.

Fig. 2 zeigt eine relative Größe der in dem Laserdiodenchip 1 erzeugten mechanischen Spannung, die von einer dreidimensionalen Simulation der mechanischen Spannung entsprechend einem finite Elemente Verfahren, das in der Beschreibungseinleitung beschrie ben ist, erhalten ist. Speziell ist die in der Nähe der Verbin dung zwischen dem Laserdiodenchip 1 und der Unterlage 2 in dem Mittelabschnitt entlang einer Breite W1 erzeugte mechanische Spannung für Punkte zwischen der lichtaussendenden Endoberfläche A und der lichtaussendenden Endoberfläche B des Laserdiodenchips 1 (SA-SC-SB) berechnet, wie in dem Fall der in Verbindung mit Fig. 14 beschriebenen Simulation. Zu der Zeit wurde als Abmes sungsbereich des Laserdiodenchips (L1×W1×H1) ein Bereich zwi schen 50×50×20 µm und 5000×5000×1000 µm verwendet. Zusätzlich wur den für die Abmessungen der Unterlage 2 (L2×W2×H2) und des Blocks 3 (L3×W3×H3) geeignete Abmessungen entsprechend der Ab messung des Laserdiodenchips 1 ausgewählt.

Für das Elastizitätsmodul, die Poisson'sche Konstante, den Koef fizient der linearen Ausdehnung für jeden von dem Laserdioden chip 1 des auf GaAs basierten Kristalls, der Unterlage 2 aus Si lizium, dem Block 3 aus Eisen und dem Hartlot, das Gold und Zinn enthält, wurden die in Fig. 9 gezeigten Werte verwendet. Weiter hin wurde der Temperaturbereich zwischen 280°C, das ein Schmelz punkt des Hartlots (Au0,8Sn0,2: Gewichtsverhältnis) ist, und 25°C, das eine Raumtemperatur ist, eingestellt.

Fig. 2 zeigt ein Ergebnis in dem Fall, bei dem die Länge L1 des Laserdiodenchips 1 entlang der Länge des Resonators gleich zu 300 µm ist. Dort ist zum Vergleich ebenfalls die in dem Laserdi odenchip 1 in dem Fall, bei dem die Länge L2 der Unterlage 2 entlang der Länge des Resonators gleich zu L1 des Laserdioden chips 1 (L=300 µm) ist, erzeugte mechanische Spannung (S1) und die in dem Laserdiodenchip in dem Fall der der Anmelderin be kannten Halbleiterlaservorrichtung, bei der L2 länger als L1 (L=500 µm) ist, erzeugte mechanische Spannung (S2) gezeigt.

Wie sich deutlich von der mechanischen Spannung S2 in Fig. 2 er gibt, ist die an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B des Laserdiodenchips erzeugte mechanische Spannung relativ die größte in der der Anmelderin bekannten Halbleitervorrichtung. Andererseits ist, wie durch die mechanische Spannung S1 gezeigt ist, die an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B er zeugte mechanische Spannung derart reduziert, daß sie ungefähr das gleiche Niveau wie das an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A in der Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erreicht.

Weiterhin ist von der mechanischen Spannung S1 ersichtlich, daß die in der Nähe des Mittelabschnittes des Laserdiodenchips 1 entlang der Länge des Resonators L1 erzeugte mechanische Span nung relativ die größte in der Halbleiterlaservorrichtung ent sprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird. Wenn jedoch dies mit dem entsprechenden Abschnitt in der der Anmelderin be kannten Halbleiterlaservorrichtung verglichen wird, ist die me chanische Spannung davon reduziert.

Dies ist durch ein anderes Simulationsergebnis in Fig. 3 ge zeigt. Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit der an der Seite der licht aussendenden Endoberfläche B des Laserdiodenchips 1 (SB: entspricht SB in Fig. 14) erzeugten mechanischen Spannung und der in der Nähe des Mittelabschnittes des Laserdiodenchips 1 entlang der Länge des Resonators L1 (SC: entspricht SC in Fig. 14) erzeugten mechanischen Spannung von der Länge (L2) der Un terlage. Es wird angemerkt, daß die Länge des Resonators L1 des Laserdiodenchips auf der Achse der Abszisse 1 entspricht.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird die mechanische Spannung SC gra duell relativ klein, wenn die Länge L2 der Unterlage kürzer wird. Die gleiche Tendenz wird für die mechanische Spannung SB gefunden. Wenn die Länge L2 der Unterlage kürzer als eine gewis se Länge wird, wird die mechanische Spannung SB relativ zu der mechanischen Spannung SC kleiner. Anders gesagt, obwohl die in der Nähe des Mittelabschnittes des Laserdiodenchips 1 entlang der Länge L1 des Resonators erzeugte mechanische Spannung rela tiv die größte ist, ist sie relativ zu der der Anmelderin be kannten Halbleiterlaservorrichtung kleiner.

Wie oben beschrieben wurde, ist bei der Halbleiterlaservorrich tung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Länge L2 der Unterlage im wesentlichen die gleiche wie die Länge L1 des Laserdiodenchips 1 entlang der Länge des Resonators, und die vordere und hintere Endoberfläche C und D der Unterlage 2 sind entsprechend in der gleichen Ebene wie die lichtaussendenden Endoberflächen A und B des Laserdiodenchips 1 angeordnet. Somit wird speziell die an der Seite der lichtaussendenden Endoberflä che B erzeugte mechanische Spannung, wenn die Spannung in dem Laserdiodenchip erzeugt wird, derart reduziert, daß sie relativ das gleiche Niveau wie die erreicht, die an der Seite der licht aussendenden Endoberfläche A erzeugt ist. Dies ist deshalb, da die Kraft, mit der der Laserdiodenchip 1 durch die Unterlage 2 gespannt wird, reduziert ist. Als Ergebnis wird eine Verschlech terung des Laserdiodenchips 1 verhindert, wodurch die Lebensdau er der Halbleiterlaservorrichtung verlängert wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

Eine Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel wird mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist bei der Halbleiterlaservorrichtung ent sprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Laserdioden chip 1 auf einer oberen Oberfläche einer Unterlage 2 durch Lot verbunden. Die Unterlage 2 ist auf einem Block 3 durch Hartlot verbunden. Bei der Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel steht speziell eine lichtaus sendende Endoberfläche A des Laserdiodenchips 1 von einer vorde ren Endoberfläche C der Unterlage 2 um eine vorbestimmte Länge T1 hervor. Somit wird die an der Seite einer lichtaussendenden Endoberfläche A erzeugte mechanische Spannung in der Halbleiter laservorrichtung entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbei spiel weiter reduziert. Dies wird detaillierter beschrieben.

Fig. 5 zeigt ein Berechnungsergebnis bezüglich einer Beziehung zwischen der Länge T1, um die die lichtaussendende Endoberfläche A von der vorderen Endoberfläche C der Unterlage 2 hervorsteht, und der an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A er zeugten mechanischen Spannung (mechanische Spannung, die bei SA in Fig. 14 erzeugt ist). Es wird angemerkt, daß für eine Materi alkonstante oder ähnliches einschließlich des Elastizitätsmo duls, die für die Simulation verwendet werden, eine Bedingung angewendet wurde, die ähnlich zu der ist, die für das erste Aus führungsbeispiel verwendet wurde, und Abmessungen, die für die Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispieles geeignet sind, wurden für die Elemente ausgewählt.

In Fig. 5 stellt die Abszissenachse ein Verhältnis der überste henden Länge T1 zu der Länge des Resonators L1 des Laserdioden chips 1 dar. Die Ordinatenachse stellt eine relative Größe der mechanischen Spannung dar, und speziell in dem Fall, in dem die überstehende Länge T1 gleich zu 0 µm ist, entspricht die erzeugte mechanische Spannung 1.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, verringert sich die an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A erzeugte mechanische Spannung relativ in der Größe, wenn die lichtaussendende Endoberfläche A von der vorderen Endoberfläche C vorsteht. Dann, wenn die über stehende Länge T1 länger wird, erhöht sich die mechanische Span nung relativ. Wenn ein Verhältnis der überstehenden Länge T1 zu der Länge des Resonators L1 des Laserdiodenchips ungefähr 0,15 beträgt, erreicht die mechanische Spannung relativ das gleiche Niveau wie in dem Fall, bei dem die überstehende Länge T1 gleich zu 0 µm ist. Wenn die überstehende Länge T1 weiter ansteigt, steigt die mechanische Spannung relativ weiter an. Dies ist des halb, da ein Abschnitt, an dem der Laserdiodenchip 1 mit der Un terlage verbunden ist, einen Abschnitt, an dem der Laserdioden chip 1 nicht mit der Unterlage verbunden ist (ein Abschnitt der lichtaussendenden Endoberfläche), spannt. Wenn jedoch die über stehende Länge T1 weiter ansteigt, wird die mechanische Spannung reduziert, da der Abschnitt der lichtaussendenden Endoberfläche freigegeben ist.

In dem obigen ist nachgewiesen, daß die Länge T1, um die die lichtaussendende Endoberfläche A von der vorderen Endoberfläche C der Unterlage 2 vorsteht, nicht ungefähr 15% der Länge des Re sonators L1 des Laserdiodenchips 1 zum Reduzieren einer an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A erzeugten mechani schen Spannung übersteigen darf. Zusätzlich, wie von dem in Fig. 5 gezeigten Ergebnis offensichtlich ist, liegt die Länge T1 wün schenswerterweise zwischen 3% und 7% der Länge des Resonators L1 zum Erzielen einer effektiven Reduzierung der mechanischen Span nung.

Wenn die Länge des Resonators L1 beispielsweise für den Laserdi odenchip 1 der Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem vor liegenden Ausführungsbeispiel auf 300 µm eingestellt wird, ist es wünschenswert, daß die überstehende Länge T1 nicht 45 µm über steigt und ist auf ungefähr 10 bis 20 µm eingestellt, um am ef fektivsten die in dem Laserdiodenchip 1 erzeugte mechanische Spannung zu reduzieren.

Drittes Ausführungsbeispiel

Eine Halbleiterlaservorrichtung entsprechend einem dritten Aus führungsbeispiel wird nun mit Bezug zu den Figuren beschrieben. Bei der Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem zweiten Aus führungsbeispiel steht die lichtaussendende Endoberfläche A des Laserdiodenchips 1 von einer vorderen Endoberfläche C der Unter lage 2 um eine vorbestimmte Länge vor.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist das vorliegende Ausführungsbei spiel derart strukturiert, daß die lichtaussendende Endoberflä che B ebenfalls von der hinteren Endoberfläche D der Unterlage 2 zusätzlich zu der lichtaussendenden Endoberfläche A vorsteht. Andere Teile der Struktur sind die gleichen wie die der in Fig. 4 gezeigten Halbleiterlaservorrichtung. Mit der so strukturier ten lichtaussendenden Halbleitervorrichtung ist die an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B erzeugte mechanische Span nung zusätzlich zu der an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche A reduziert.

Dies wird nun erklärt. Ein Berechnungsergebnis der Simulation betreffend einer Beziehung zwischen der Länge T2, um die die lichtaussendende Endoberfläche B von der hinteren Endoberfläche D der Unterlage 2 vorsteht, und der an der Seite der lichtaus sendenden Endoberfläche B erzeugten mechanischen Spannung (Spannung, die an SB in Fig. 14 erzeugt ist) ist in Fig. 7 ge zeigt. Es wird angemerkt, daß die Materialkonstanten, wie zum Beispiel das Elastizitätsmodul oder ähnliches, die für die Simu lation verwendet werden, die gleichen sind, wie die, die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurden, und Abmessungen, die für die Struktur des vorliegenden Ausführungsbeispieles ge eignet sind, wurden ausgewählt und verwendet.

In Fig. 7 stellt die Abszissenachse ein Verhältnis der überste henden Länge T2 zu der Länge des Resonators L1 des Laserdioden chips 1 dar. Die Ordinatenachse stellt eine relative Größe der mechanischen Spannung dar, und speziell entspricht die an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B in dem Fall, bei dem die überstehende Länge T2 gleich zu 0 µm ist, erzeugte mechani sche Spannung 1.

Wie in Fig. 7 gezeigt ist, ist die Tendenz der Abhängigkeit der an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B erzeugten me chanischen Spannung von der überstehenden Länge T2 ähnlich zu der, die in Fig. 5 gezeigt ist und in dem zweiten Ausführungs beispiel beschrieben ist. Genauer verringert sich vorübergehend die Größe relativ und erhöht sich dann, wenn die lichtaussenden de Endoberfläche A von der hinteren Endoberfläche D der Unterla ge 2 vorsteht. Wenn das Verhältnis der überstehenden Länge T2 zur Länge des Resonators L1 des Laserdiodenchips 1 ungefähr 0,15 beträgt, erreicht die mechanische Spannung das gleiche Niveau wie in dem Fall, bei dem die überstehende Länge T2 gleich zu 0 µm ist. Wenn die überstehende Länge T2 weiter ansteigt, steigt die mechanische Spannung ebenfalls relativ an. Es wird angemerkt, daß ein deutlicher Unterschied für die an der Seite der licht aussendenden Endoberfläche B erzeugten mechanischen Spannung entsprechend der überstehenden Länge T1, um die die lichtaussen dende Endoberfläche A von der vorderen Endoberfläche C der Un terlage 2 vorsteht, nicht gefunden wird.

Zusätzlich zu dem in Fig. 7 gezeigten Ergebnis ist ein Berech nungsergebnis, das für die mechanische Spannung SC (entsprechend zu SC in Fig. 14) erhalten ist, die in dem Mittelabschnitt des Laserdiodenchips 1 erzeugt ist, in Fig. 8 gezeigt. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, nimmt die in dem Mittelabschnitt erzeugte mechani sche Spannung graduell ab, wenn die überstehende Länge T2 der lichtaussendenden Endoberfläche B ansteigt. Wenn das Verhältnis der überstehenden Länge T2 der lichtaussendenden Endoberfläche B zur Länge des Resonators L1 des Laserdiodenchips 1 ungefähr 0,15 übersteigt, wird die mechanische Spannung SC relativ kleiner als die mechanische Spannung SB, die an der Seite der lichtaussen denden Endoberfläche B erzeugt ist.

Wie in dem obigen darf zum Reduzieren der an der Seite der lichtaussendenden Endoberfläche B erzeugten mechanischen Span nung die Länge T2, um die die lichtaussendende Endoberfläche B von der hinteren Endoberfläche D der Unterlage 2 vorsteht, nicht ungefähr 15% der Länge des Resonators L1 des Laserdiodenchips 1 übersteigen. Weiterhin ist die Länge T2 wünschenswerterweise zwischen 3% und 7% der Länge des Resonators L1 derart einge stellt, daß die mechanische Spannung effektiv reduziert wird.

Wenn zum Beispiel die Länge des Resonators L1 des Laserdioden chips 1 der Halbleiterlaservorrichtung entsprechend dem vorlie genden Ausführungsbeispiel auf 300 µm eingestellt ist, ist es wünschenswert, daß die überstehenden Längen T1 und T2, um die die lichtaussendenden Endoberflächen A und B des Laserdioden chips 1 entsprechend von der vorderen und hinteren Endoberfläche C und D der Unterlage 2 vorstehen, nicht ungefähr 45 µm in Be rücksichtigung des Ergebnisses des zweiten Ausführungsbeispiels übersteigen. Zum Erhalten der effektivsten Reduzierung der me chanischen Spannung ist weiterhin jede überstehende Länge wün schenswerterweise auf ungefähr 10 µm bis 20 µm eingestellt. In der Halbleiterlaservorrichtung, die oben beschrieben wurde, kann die Verschlechterung des Laserdiodenchips zum Verlängern der Lebens dauer der Halbleiterlaservorrichtung verhindert werden.

Es wird angemerkt, daß obwohl in jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele Silizium und Eisen für die Unterlage und den Block entsprechend verwendet werden und Hartlot (Au0,8Sn0,2: Gewichtsverhältnis) ebenfalls verwendet wird, SiC, AlN oder ähnliches für die Unterlage verwendet werden kann. Wei terhin können Kupfer, Silber, Molybdän oder ähnliches für einen Block verwendet werden. Ein Lot kann anstatt des Hartlots ver wendet werden.

Sogar wenn diese Materialien verwendet wurden, wurde eine Ten denz, die ähnlich zu der ist, die in jedem Ausführungsbeispiel von dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel erhalten wurde, durch Anwenden der in Fig. 9 gezeigten Material konstanten erhal ten. Weiterhin wird eine ähnliche Tendenz für die mechanische Spannung erhalten, wenn die Abmessung des Laserdiodenchips zwi schen 50×50×20 µm und 5000×5000×1000 µm ist und die Abmessungen der Unterlage und des Blocks geeignet der Abmessung des Laserdi odenchips und der Anordnung der Halbleiterlaservorrichtung, die in jedem der Ausführungsbeispiele gezeigt ist, entsprechen.

Zusätzlich können, obwohl der auf GaAs basierende Laserdioden chip für eine kurze Wellenlänge verwendet wird, ein auf AlGaInP basierender Laserdiodenchip, der ein rotes Licht emittiert, oder ein auf InP basierender Laserdiodenchip für eine lange Wellen länge zum Erzielen einer ähnlichen Tendenz für die mechanische Spannung, wie sie in dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel erzielt wird, verwendet werden.

Claims

1. Lichtaussendende Halbleitervorrichtung mit
einem Basismaterialabschnitt (3),
einem auf dem Basismaterialabschnitt (3) verbundenen Zusatzba sismaterialabschnitt (2), der eine vordere Endoberfläche (C),
eine hintere Endoberfläche (D) und eine obere Oberfläche auf weist, und
einem lichtaussendenden Abschnitt (1), der auf der oberen Ober fläche des Zusatzbasismaterialabschnittes (2) verbunden ist und ein Paar von entgegengesetzten lichtaussendenden Endoberflächen (A, B), die Licht aussenden, aufweist,
wobei die vordere Endoberfläche (C) im wesentlichen in einer gleichen Ebene wie eine von dem Paar der lichtaussendenden Endoberflächen (A, B) angeordnet ist und
die hintere Endoberfläche (D) im wesentlichen in einer gleichen Ebene wie die andere von dem Paar der lichtaussendenden Endober flächen (A, B) angeordnet ist.

2. Lichtaussendende Halbleitervorrichtung mit
einem Basismaterialabschnitt (3),
einem auf dem Basismaterialabschnitt (3) verbundenen Zusatzba sismaterialabschnitt (2), der eine vordere Endoberfläche (C), eine hintere Endoberfläche (D) und eine obere Oberfläche auf weist, und
einem lichtaussendenden Abschnitt (1), der auf der oberen Ober fläche des Zusatzbasismaterialabschnittes (2) verbunden ist und ein Paar von entgegengesetzten lichtaussendenden Endoberflächen (A, B), die Licht aussenden, aufweist,
wobei die vordere Endoberfläche (C) des Zusatzbasismaterialab schnittes (2) von einer lichtaussendenden Endoberfläche (A) des Paares der lichtaussendenden Endoberflächen (A, B) zu einer in neren Seite des lichtaussendenden Abschnittes (1) um eine erste Länge (T1) zurückgezogen ist und
die erste Länge (T1) gleich oder kleiner als 15% einer Länge (L1) zwischen dem Paar der lichtaussendenden Endoberflächen (A, B) ist.

3. Lichtaussendende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, bei der die hintere Endoberfläche (D) des Zusatzbasismaterialab schnittes (2) von einer lichtaussendenden Endoberfläche (B) des Paares von lichtaussendenden Endoberflächen (A, B) zu der inne ren Seite des lichtaussendenden Abschnittes (1) um eine zweite Länge (T2) zurückgezogen ist und

die zweite Länge (T2) gleich zu oder kleiner als 15% der Länge (L1) zwischen dem Paar der lichtaussendenden Endoberflächen (A, B) ist.

4. Lichtaussendende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die erste Länge (T1) zwischen 3% und 7% der Länge (L1) zwischen dem Paar der lichtaussendenden Endoberflächen (A, B) liegt.

5. Lichtaussendende Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, bei der die zweite Länge (T2) zwischen 3% und 7% der Länge (L1) zwischen dem Paar der lichtaussendenden Endoberflächen (A, B) liegt.