JP2002158390A - 半導体レーザ装置の製造方法および半導体レーザ装置 - Google Patents
半導体レーザ装置の製造方法および半導体レーザ装置Info
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Abstract
流のばらつきを抑制でき、半導体レーザチップの短絡を
防止できる半導体レーザ装置の製造方法および半導体レ
ーザ装置を提供する。 【解決手段】 ステム1に銀ペースト2を塗布し、その
銀ペースト2が塗布されたステム1上に半導体レーザチ
ップ3を搭載する。次に、上記ステム1上に搭載された
半導体レーザチップ3をコレット10によりステム1側
に加圧しながら加熱することにより銀ペースト2を仮硬
化させて、半導体レーザチップ3をステム1上に固定す
る。そして、仮硬化の工程の後、恒温槽12内で銀ペー
スト2を本硬化させる。
Description
ダイボンドペーストを用いて組立てられた半導体レーザ
装置の製造方法および半導体レーザ装置に関する。
に示すように、ステム21に設けられたサブマウント2
3に半導体レーザチップ24をダイボンドし、キャップ
25で蓋をしたものがある。上記半導体レーザチップ2
4から出射されたレーザ光は、キャップ25に設けられ
たガラス26を通して出力される。そして、ステム21
上のモニター用フォトダイオード22は、半導体レーザ
チップ24のガラス26側とは反対の側から出射された
光を検出して、ガラス26側に出射された光の強さを推
測するのに用いる。
8に示すように、ホログラムレーザと呼ばれる集積化半
導体レーザ装置がある。この半導体レーザ装置は、図7
に示す半導体レーザ装置と同様の構成の半導体レーザ装
置にホログラム素子34を一体化している。上記ホログ
ラム素子34を用いた半導体レーザ装置は、主に光ディ
スク用の光源として用いられ、半導体レーザチップ32
から出射された光は、ホログラム素子34を介して光デ
ィスクに照射される。そして、光ディスクからの反射光
をホログラム素子34の表面に形成したホログラム34
aでOPIC受光チップ33(複数の受光部および信号処
理回路を集積化した受光素子)の方向に回折効果により
偏向,集光して、光ディスクに記録された信号を検出す
る。上記半導体レーザチップ32は、ステム31にダイ
ボンドされているが、図8では簡単のため、ダイボンド
用のサブマウントを省略している。
装置の製造方法を説明する図であり、図9は半導体レー
ザチップがダイボンドされる部分のみを示している。な
お、ダイボンド用のロー材としては、金とスズの合金,
半田およびインジウム等の熱伝導,電気伝導のよい金属
が良く用いられるが、金属ロー材は、一般に溶融温度が
200℃以上と高いために使用し難くいという問題があ
る。また、溶融温度が低いインジウムを用いたロー材で
は、使用中に軟化して半導体レーザチップが動いてしま
う。一方、金属を用いた導電性ダイボンドペーストであ
る銀ペーストは、室温でもペースト状で使いやすく、1
50℃程度の比較的低い温度で硬化し、高温にさらされ
た場合も、硬くなることがあっても軟化して半導体レー
ザチップが動くという問題がないので、近年、広く用い
られている。
装置の製造方法を説明する。まず、図9(a)に示すよう
に、室温においてステム41(またはサブマウント)上に
銀ペースト42を塗布する。次に、図9(b)に示すよう
に、半導体レーザチップ43を銀ペースト42を塗布し
た位置に置き、加圧して半導体レーザ装置の形態とす
る。このときの加圧は、一瞬で半導体レーザチップ43
とステム41(またはサブマウント)との隙間に入った銀
ペーストを追い出すために行う。次に、図9(c)に示すよ
うに、図9(b)で作った半導体レーザ装置を恒温槽45
内に入れて加熱し、銀ペースト42を硬化させることに
よりダイボンドが完了する。このときの銀ペーストの硬
化条件としては150℃、1時間程度としている。
レーザ装置のダイボンドに用いる銀ペーストは、銀の針
状結晶やフレーク等の形にした粉末を樹脂に充填したも
のであるので、電気抵抗,熱抵抗が金属製のロー材に比
べて大きいという欠点がある。特に熱抵抗は、ロー材に
インジウムを用いた半導体レーザ装置の場合は60℃/
W程度であるが、銀ペーストを用いた半導体レーザ装置
の場合は100℃/W以上あって、実用上問題であるこ
とが分かった。このように熱抵抗が高いと、活性層で発
生した熱がステムに伝わり難いため、活性層の温度がど
んどん上昇して半導体レーザチップが故障する虞れがあ
る。
化し、ステム上に半導体レーザチップを固定するとき、
半導体レーザチップを押さえていないため、半導体レー
ザチップが銀ペーストに載っているだけの状態である。
このため、半導体レーザチップとステムの間に介在する
銀ペーストの厚さが一定にならないので、半導体レーザ
チップとステムとの接合状態が安定せず、電気抵抗が安
定しないために動作電流がばらつくという問題がある。
ップの側面を這い上がって半導体レーザチップの活性層
に達し、銀ペーストにより半導体レーザチップが短絡す
るという問題がある。これは、恒温槽内で半導体レーザ
装置全体を暖めると、銀ペーストが半導体レーザチップ
側面を這い上がっていくが、その高さが制御できないた
めである。
ることができると共に、動作電流のばらつきを抑制で
き、半導体レーザチップの短絡を防止できる半導体レー
ザ装置の製造方法および半導体レーザ装置を提供するこ
とにある。
め、この発明の半導体レーザ装置の製造方法は、金属を
用いた導電性ダイボンドペーストを用いて半導体レーザ
チップを基部上に搭載した半導体レーザ装置の製造方法
において、上記基部上に上記導電性ダイボンドペースト
を塗布する工程と、上記導電性ダイボンドペーストが塗
布された上記基部上に上記半導体レーザチップを搭載す
る工程と、上記基部上に搭載された上記半導体レーザチ
ップを上記基部側に加圧しながら加熱することにより上
記導電性ダイボンドペーストを仮硬化させる工程と、上
記仮硬化の工程の後、上記導電性ダイボンドペーストを
本硬化させる工程とを有することを特徴としている。
ば、ステム,サブマウントまたは配線基板等の基部に、
金属を用いた導電性ダイボンドペースト(銀ペースト,銅
ペーストまたは銀パラジウムペースト等)を塗布し、そ
の導電性ダイボンドペーストが塗布された基部上に上記
半導体レーザチップを搭載する。そして、上記半導体レ
ーザチップを基部側に加圧しながら加熱することにより
導電性ダイボンドペーストを仮硬化させて、半導体レー
ザチップを動かないように上記基部に固定した後、導電
性ダイボンドペーストを本硬化させる。上記仮硬化時に
半導体レーザチップを上方から基部側に向って加圧する
ことによって、半導体レーザチップと基部との間に介在
する導電性ダイボンドペーストの厚さを5μm以下に保
てるため、接合状態を安定させることができる。したが
って、熱抵抗を下げることができると共に、熱抵抗,電
気抵抗を安定させて動作電流のばらつきを抑制できる。
また、上記仮硬化により導電性ダイボンドペーストの粘
度がすでに高くなっているため、仮硬化後の本硬化の工
程で例えば恒温槽内で全体を暖めて導電性ダイボンドペ
ーストを硬化させたときに、半導体レーザチップの側面
においてダイボンド面からの導電性ダイボンドペースト
の這い上がり高さを40μm以下にできる。したがっ
て、導電性ダイボンドペーストの這い上がりが半導体レ
ーザチップの活性層の位置より高くならないので、半導
体レーザチップの短絡を防止することができる。
属を用いた導電性ダイボンドペーストを用いて半導体レ
ーザチップを基部上に搭載した半導体レーザ装置におい
て、上記半導体レーザ装置の熱抵抗が90℃/W以下で
あることを特徴としている。
トを用いて半導体レーザチップを基部上に搭載する場
合、従来の例えば銀ペーストを用いたダイボンドでは熱
抵抗が100℃/W以上あり、実用上信頼性に問題があ
る。これに対して、上記構成の半導体レーザ装置では、
金属を用いた導電性ダイボンドペーストを用いて半導体
レーザチップを基部上に搭載した半導体レーザ装置の熱
抵抗を90℃/W以下にすることによって、半導体レー
ザチップの活性層で発生した熱を導電性ダイボンドペー
ストを介して上記基部に容易に逃がすことができ、信頼
性の高い半導体レーザ装置が得られる。
上記半導体レーザチップの側面において上記半導体レー
ザチップのダイボンド面からの上記導電性ダイボンドペ
ーストの這い上がり高さを40μm以下としたことを特
徴としている。
ば、上記半導体レーザチップの活性層は、一般にダイボ
ンド面から少なくとも40μmよりも高い位置にあるの
で、上記半導体レーザチップの側面におけるダイボンド
面からの導電性ダイボンドペーストの這い上がり高さを
40μm以下にすることによって、導電性ダイボンドペ
ーストが活性層の位置より高くならないようにでき、半
導体レーザチップの短絡を防止できる。
上記半導体レーザチップのダイボンド面と上記基部との
間に介在する上記導電性ダイボンドペーストの厚さを5
μm以下にしたことを特徴としている。
ば、上記半導体レーザチップのダイボンド面と上記基部
との間に介在する上記導電性ダイボンドペーストの厚さ
を5μm以下にすることによって、半導体レーザチップ
のダイボンド面と基部との接合状態が安定し、安定した
電気抵抗が得られ、動作ばらつきを少なくできる。
上記金属を用いた導電性ダイボンドペーストは銀ペース
トであることを特徴としている。
ば、上記金属を用いた導電性ダイボンドペーストである
銀ペーストは、室温でもペースト状であり、比較的低い
温度で硬化するため、取り扱いやすく、生産性が向上す
る。
置の製造方法および半導体レーザ装置を図示の実施の形
態により詳細に説明する。
ーザ装置の要部の側面図であり、1は基部としてのステ
ム、2は上記ステム1上に塗布された金属を用いた導電
性ダイボンドペーストとしての銀ペースト、3は上記ス
テム1上に銀ペースト2を介して搭載された半導体レー
ザチップ3である。
図2(a)〜(d)に従って説明する。
に銀ペースト2を塗布する。このときの銀ペースト2
は、φ0.15mmのドーム状に塗布し、その体積を1.
77×10-3mm3に設定している。ここで使用した銀
ペーストは、住友金属鉱山(株)製T−3040(銀含有
率82〜84%)である。
ザチップ3を銀ペースト2を介してステム1上に搭載す
る。
ザチップ3をコレット10により矢印Rの方向に加圧し
た状態でステム1を加熱して仮硬化する。このときの加
圧は、50グラムの錘(図示せず)を直径0.2mm程度
のコレット10に加えることにより行う。また、加熱温
度は、ステム1(ヒートシンク)の温度を熱電対11で測
定し、200℃以上10秒間行う。このときの昇温,降
温はできるだけ早くする。
完了した半導体レーザ装置(1,2,3)を恒温槽12内で
加熱して本硬化する。このときの加熱は、恒温槽12内
の温度を150℃とし、1時間放置する。また、仮硬化
した半導体レーザ装置を大量にまとめて本硬化すること
によって、一個当りの硬化時間は実質的には短く保つこ
とができる。
2、従来例の半導体レーザ装置における這い上がり量お
よび熱抵抗の測定した実験結果を示している。この実験
において、実施例の半導体レーザ装置は、上記半導体レ
ーザ装置の製造方法により製作したものであり、比較例
1は、仮硬化時に実施例と同じ条件で加圧したが、加熱
せずに本硬化したものである。また、比較例2は、仮硬
化時にコレットでチップを一旦整えた後、コレットを外
して加圧無しの状態にし、加熱条件を実施例と同じにし
て加熱した後、本硬化したものであり、従来例は、仮硬
化時にコレットでチップを一旦整えた後、そのまま本硬
化させたものである。
法を図10(a)〜(c)を用いて説明する。
これに順方向に一定の微小電流Imを流したときの順方
向電圧VFを測定する。図10(a)に示すように、温度
を変えて測定行い、VFの温度係数M=ΔVF0/ΔT
を測定する。この温度係数Mの測定は、個々の半導体レ
ーザ装置について行う必要はなく、同一の条件で作成さ
れた半導体レーザ装置に付いて1回だけ行う。
ーザ装置の発熱が無視できる程度の微小電流Im(5m
A以下程度)を流し、引き続いて数10mAの順方向電
流IF2を一定時間TP流す。このときの順方向電流I
F2に対する順方向電圧をVF2とする。
を示しており、順方向電流IF2を流すと、順方向電圧
も大きくなるが、半導体レーザチップの温度が上昇し
て、測定時間TPの間に順電圧VFの低下が指数関数的
に減少してほぼ一定の値となる。この一定となった順方
向電圧をVF2とする。また、順方向電流をImまで下
げたとき、一旦、VF1より低い値になった後、指数関
数的に増加して一定の値に戻る。このときの順方向電圧
の変化量をΔVFとすると、熱抵抗Rthは、 Rth=(ΔVF/M)/(IF2×VF2) [℃/W] により求められる。
が熱抵抗を最も低くでき、高くても熱抵抗を90℃/W
以下にできることがわかる。また、這い上がり量は、実
施例、比較例2で小さくなっており、仮硬化時の加熱に
より改善できることが分かる。
較例2、従来例の半導体レーザ装置をレーザ発振させな
がら長時間通電したときの動作電流を変化を測定した実
験結果を示している。なお、図3〜図6において、横軸
は通電時間を表し、縦軸は動作電流を表している。
がゼロのときの動作電流を見ると、図3の実施例が最も
ばらつきが少なく、安定した接合が実現できていること
が分かる。また、150時間通電後の動作電流の増加が
最も小さく、熱抵抗を低くできた効果が現れている。
方法によれば、仮硬化時に半導体レーザチップ3を上方
からステム1側に向って加圧することによって、半導体
レーザチップ3とステム1との間に介在する銀ペースト
2の厚さを5μm以下に保てるため、接合状態を安定さ
せて、熱抵抗を下げることができると共に、動作電流の
ばらつきを抑制することができる。
以上で短時間(10秒間)加熱することにより、銀ペース
ト2の這い上がりを少なくし、この仮硬化によって粘度
が増した銀ペーストを図2(d)の本硬化の工程で恒温槽
12内で全体を暖めて硬化させるので、本硬化のみの場
合よりも這い上がり量を大幅に低減することができる。
上記半導体レーザ装置では、半導体レーザチップ3の側
面におけるダイボンド面からの銀ペースト2の這い上が
り高さH2(図1に示す)を40μm以下にでき、銀ペー
スト2が半導体レーザチップ3のダイボンド面から活性
層4までの高さH1より高くならないので、半導体レー
ザチップ3の短絡を防止することができる。
1上に半導体レーザチップ3を搭載したが、サブマウン
トや配線基板またはリードフレーム等の基部上に半導体
レーザチップを搭載する半導体レーザ装置にこの発明を
適用してもよい。
導電性ダイボンドペーストに銀ペーストを用いたが、銅
ペース,銀パラジウムペースト等を用いてもよい。
導体レーザ装置の製造方法によれば、熱抵抗を下げるこ
とができると共に、動作電流のばらつきを抑制すること
ができ、さらに半導体レーザチップの短絡を防止できる
高性能でかつ信頼性の高い半導体レーザ装置を実現する
ことができる。
ば、金属を用いた導電性ダイボンドペーストを用いて半
導体レーザチップを基部上に搭載した半導体レーザ装置
の熱抵抗を90℃/W以下にすることによって、半導体
レーザチップの活性層で発生した熱を導電性ダイボンド
ペーストを介して基部側に容易に逃がすことができ、信
頼性を向上できる。
けるダイボンド面からの上記導電性ダイボンドペースト
の這い上がり高さを40μm以下にすることによって、
導電性ダイボンドペーストが活性層の位置より高くなら
ないようにでき、半導体レーザチップの短絡を防止する
ことができる。
ド面と基部との間に介在する上記導電性ダイボンドペー
ストの厚さを5μm以下にすることによって、半導体レ
ーザチップのダイボンド面と基部との接合状態が安定す
るので、安定した電気抵抗が得られ、動作ばらつきの少
ない高性能な半導体レーザ装置を実現できる。
は、上記金属を用いた導電性ダイボンドペーストに、室
温でもペースト状で比較的低い温度で硬化する銀ペース
トを用いることによって、取り扱いが容易で生産性を向
上できる。
ザ装置の主要部の側面図である。
す図である。
せながら長時間通電したときの動作電流の変化を示す図
である。
発振させながら長時間通電したときの動作電流の変化を
示す図である。
発振させながら長時間通電したときの動作電流の変化を
示す図である。
振させながら長時間通電したときの動作電流の変化を示
す図である。
である。
レーザ装置の部分破断図である。
示す図である。
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】 金属を用いた導電性ダイボンドペースト
を用いて半導体レーザチップを基部上に搭載した半導体
レーザ装置の製造方法において、 上記基部上に上記導電性ダイボンドペーストを塗布する
工程と、 上記導電性ダイボンドペーストが塗布された上記基部上
に上記半導体レーザチップを搭載する工程と、 上記基部上に搭載された上記半導体レーザチップを上記
基部側に加圧しながら加熱することにより上記導電性ダ
イボンドペーストを仮硬化させ工程と、 上記仮硬化の工程の後、上記導電性ダイボンドペースト
を本硬化させる工程とを有することを特徴とする半導体
レーザ装置の製造方法。 - 【請求項2】 金属を用いた導電性ダイボンドペースト
を用いて半導体レーザチップを基部上に搭載した半導体
レーザ装置において、 上記半導体レーザ装置の熱抵抗が90℃/W以下である
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項3】 請求項2に記載の半導体レーザ装置にお
いて、 上記半導体レーザチップの側面において上記半導体レー
ザチップのダイボンド面からの上記導電性ダイボンドペ
ーストの這い上がり高さを40μm以下としたことを特
徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項4】 請求項2または3に記載の半導体レーザ
装置において、 上記半導体レーザチップのダイボンド面と上記基部との
間に介在する上記導電性ダイボンドペーストの厚さを5
μm以下にしたことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項5】 請求項2乃至4のいずれか1つに記載の
半導体レーザ装置において、 上記金属を用いた導電性ダイボンドペーストは銀ペース
トであることを特徴とする半導体レーザ装置。
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