JP2003046181A - サブマウント、半導体装置およびサブマウントの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体素子を上部に固着する際に、固着に用
いる半田材が漏れ出して半導体素子側面に付着すること
を防止するサブマウントを提供する。 【解決手段】 基板１と、基板１上に積層された第１の
金属層２と、第１の金属層２上に積層された第１の半田
層４と、基板１の側面に積層された第２の金属層３と、
第２の金属層３上に積層され、第１の半田層と接触した
第２の半田層５とを備える。半導体素子を固着する際
に、第１の半田層４および第２の半田層５が熱により流
動化するため、漏れ出した半田材は第１の金属層２と第
２の金属層３の境界線を容易に越えて第２の半田層上を
鉛直下方に流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子を固
着するサブマウント、サブマウントを使用した半導体装
置、およびサブマウントの製造方法に係るものであり、
特に半導体素子として半導体レーザ素子を用いるサブマ
ウント、半導体装置およびサブマウントの製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ素子を組み込んだ半導体装
置を製造する場合には、動作中の半導体レーザ素子中の
非発光再結合によって熱が発生するため、この熱により
半導体レーザの特性の低下や障害の発生などを招くとい
う問題がある。具体的には、かかる熱によって半導体レ
ーザ素子の温度が上昇すると、しきい値電流密度が上昇
するため発光効率が低下する。また、発光効率が低下す
ると、発光に用いられなくなった一部の注入電流が熱エ
ネルギーへと変化するため、半導体レーザ素子の温度が
さらに上昇し、性能が低下する。さらに、半導体レーザ
素子が高温になると、素子につながる金属配線やワイヤ
ーボンディングなどが損傷を受け、場合によっては断線
などが生じるおそれもある。また、高温状態での動作に
より半導体レーザ素子の寿命が短くなるという問題もあ
る。

【０００３】かかる問題を回避するために、半導体レー
ザ素子が非発光再結合により生じる熱をサブマウントを
介してヒートシンクに伝熱し、このヒートシンクより熱
を外部に放出する従来技術が知られている。具体的に
は、図７（ａ）に示すように、熱伝導性の高い金属など
からなるヒートシンク３０を最下層に配設し、半導体レ
ーザ素子３７からサブマウントを介して伝熱してきた熱
をこのヒートシンク３０で放熱する。

【０００４】ここで、かかるサブマウントは、半導体結
晶などからなる基板３２上に金属層３３を積層したもの
であり、このサブマウントは、金属層３３の上部に積層
した半田層３４により半導体レーザ素子３７に固着さ
れ、基板３２の下部に積層した半田層３１によってヒー
トシンク３０に固着される。

【０００５】このように、ヒートシンク３０と半導体レ
ーザ素子３７の間にサブマウントを介在させる理由は、
両者の熱膨張係数が一般に大きく異なるため、両者の間
にサブマウントを挟むことにより熱応力の緩和が図れる
からである。このためサブマウントを形成する基板３２
には、熱膨張係数がヒートシンク３０と半導体レーザ素
子３７のほぼ中間値となる熱伝導性の高い物質が用いら
れる。

【０００６】また、ヒートシンク３０上に金属層３３を
設けた理由は、半田層３４が高温で流動状態となった場
合に半田を広がりやすくするためである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置によれば、かかる半導体レーザ素子３７をサ
ブマウント上に固着する場合に、半田層３４の半田の一
部が半導体レーザ素子３７と基板３２の接触面から漏れ
出して過剰半田部分３５が形成され、この過剰半田部分
３５により出射光３８の出射方向が変化するという問題
がある。

【０００８】以下、この点を具体的に説明する。半導体
レーザ素子３７をサブマウント上に固着する場合には、
半導体レーザ素子３７を半田層３４上に配置したうえで
半導体レーザ素子３７の上部から０．１Ｎ程度の力を加
え、ヒータで全体を加熱して半田層３４を流動状態に
し、その後温度を下げて半田層３４を硬化させて半導体
レーザ素子３７を基板３２上に固着する。

【０００９】ここで、半導体レーザ素子３７の上部から
圧力を加えて加熱すると、流動化した半田層３４を形成
する半田材の一部が半導体レーザ素子３７と基板３２の
接触面から漏れ出す。半導体結晶等からなる基板３２に
対する半田材の広がり易さ（以下「濡れ性」と言う）は
低いため、漏れ出した半田材は基板３２の側面上を流れ
ずに、漏れ出した場所から放射状に広がり余剰半田部分
３５を形成する。この余剰半田部分３５が活性層３６周
辺にまで達すると、出射光３８が乱反射するため、図７
（ａ）に示すように出射方向が変化し、場合によっては
活性層３６からの発光自体が遮られることになる。半田
層３４から活性層３６までの距離は、通常数μｍ程度で
あるため、わずかな量の半田が漏れ出しても上記の問題
が生じる。

【００１０】この問題を解消するため、半田層３４の厚
みを抑えて半田材の量を減らすことも考えられるが、こ
の半田層３４が薄すぎると、基板３２と半導体レーザ素
子３７の接着強度が低下するとともに電気的な接触抵抗
が増加するという新たな問題が生じてしまう。

【００１１】このため、特開平６−３５０２０２号公報
（従来技術１）には、図７（ｂ）に示すように、基板３
２の表面上のみならず側面上にも新たに金属層３９を積
層して、漏れ出した半田材を金属層３９上に導き、出射
光に影響を及ぼさないように余剰半田部分４０を形成す
るサブマウントが開示されている。

【００１２】しかし、基板３２の表面に積層した金属層
３３と新たに設けた金属層３９は垂直に交わっているた
め、金属層３３と金属層３９の境界線部分は漏れ出した
半田材が広がる際の障壁となる。したがって、漏れ出し
た半田材がこの境界線を越えて金属層３９上に余剰半田
部分４０を形成するとは言い切れない。

【００１３】また、特開平１１−２８４０９８号公報
（従来技術２）には、図８（ａ）に示すように、半田層
３４を積層する基板３２の表面に空洞部４１を設ける技
術が開示されている。この従来技術２のものは、余剰の
ろう材や半田材を空洞部４１で吸収することによりろう
材や半田材が側面に漏れ出す状況を防止するものであ
る。

【００１４】しかし、ろう材や半田材を空洞部４１に確
実に流れ込ませるためには、少なくとも空洞部４１の表
面を濡れ性の良い金属で覆う必要があるため、サブマウ
ントの製造工程が複雑になるという問題がある。また、
実際に空洞部４１を形成したとしても、半田層３４を積
層する際にこの空洞部４１が半田材によって埋められて
しまい、実質的な効果が期待できないという問題もあ
る。さらに、実際の製造工程においては、製造装置の動
作のばらつきにより半田層３４を形成する半田材の量が
設定値よりも増加する場合があるため、半田材が流れ込
まないように空洞部４１を形成できたとしても、空洞部
４１に入りきらない半田材が半導体レーザ素子３７と基
板３２の接触面から漏れ出すおそれもある。

【００１５】また、この従来技術２には、図８（ｂ）に
示すように、半導体レーザ素子３７を基板３２の側面に
対して垂直前方にｌ₀だけずらして固着することで余剰
半田部分４２を半導体レーザ素子３７の下部に形成さ
せ、もって余剰半田部分４２による出射光への影響を低
減する技術が開示されている。

【００１６】しかし、このように半導体レーザ素子３７
を前方にずらすこととすると、ずらせた分だけ基板３２
と半導体レーザ素子３７の接触面積が減少するため、放
熱効率が悪化してしまうという問題がある。また、半導
体レーザ素子３７が、基板３２およびヒートシンク３０
に対して突出した構造となるため、外部から半導体レー
ザ素子３７に衝撃が加えられると、半導体レーザ装置全
体で衝撃を効果的に吸収することができず、半導体レー
ザ素子３７が損傷を受ける可能性が高くなるという問題
が生じる。

【００１７】なお、基板３２と半導体レーザ素子３７の
接触面から半田材が漏れ出すことによる問題は、半導体
レーザ装置だけに限られるものではなく、たとえば発光
ダイオード（ＬＥＤ）においても、半導体素子の側面に
半田材が漏れ出すことにより光が遮られ発光効率は低下
する。また、接合形電解効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）
において、表面および底面にゲート電極が配置され、ソ
ース電極およびドレイン電極が側面に配置された場合に
も、素子の側面に余剰半田部分が形成されることで電極
間がショートするおそれがある。

【００１８】以上のことから、半導体素子の固着に用い
る半田材の一部が半導体素子の側面に漏れ出すことで形
成される余剰半田部分による悪影響をいかに低減するか
が極めて重要な課題となっている。

【００１９】本発明は、上述してきた従来技術による問
題点を解決するためになされたものであり、半導体素子
の固着に用いる半田材の一部が半導体素子の側面に漏れ
出すことで形成される余剰半田部分による悪影響を効率
良く低減することができるサブマウント、半導体装置お
よびサブマウントの製造方法を提供することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するため、請求項１の発明に係るサブマウン
トは、基板の表面上に第１の金属層並びに第１の半田層
を順次積層し、該第１の半田層を介して前記基板上に半
導体素子を固着するサブマウントであって、前記第１の
金属層と接触させつつ、前記基板の側面上に積層した第
２の金属層と、前記第１の半田層と接触させつつ、前記
第２の金属層上に積層した第２の半田層とを備えたこと
を特徴とする。

【００２１】この請求項１の発明によれば、サブマウン
ト上に半導体素子を固着する際に、第１の半田層から漏
れ出した半田材が第１の金属層と第２の金属層の境界線
にまで流れ出した場合、流動化した第１の半田層および
第２の半田層によって上記境界線が流動化した半田材で
覆われることとなる。したがって漏れ出した半田材は容
易に境界線を越えることができ、その後、第２の半田層
上を鉛直下方に移動していく。したがって半導体素子の
側面に余剰半田部分の形成を防止することができる。

【００２２】また、請求項２の発明に係るサブマウント
は、基板の表面上に金属層並びに半田層を順次積層し、
該半田層を介して前記基板上に半導体素子を固着するサ
ブマウントであって、前記金属層を、端部付近を除く前
記基板表面の一部領域上に積層したことを特徴とする。

【００２３】この請求項２の発明によれば、基板表面の
端部付近に金属層が存在せず、基板表面が露出した構造
となることで、サブマウント上に半導体素子を固着した
際に半導体素子の側面に漏れ出した半田が付着すること
を防止できる。すなわち、半導体素子を固着する際に半
田層から漏れ出した半田材は金属層上では濡れ性が良好
であるが、基板上では濡れ性が悪い。したがって基板表
面が露出した領域では半田材は広がらず、基板表面の端
部にまで半田材は到達しない。そのため半導体素子の側
面に余剰半田部分の形成を防止することができる。

【００２４】また、請求項３の発明に係るサブマウント
は、請求項２に記載の発明において、前記基板表面の端
部と、前記金属層の端部との間の距離が０．１μｍ〜１
０μｍであることを特徴とする。

【００２５】この請求項３の発明によれば、基板表面の
端部と金属層の端部との間の距離を限定することで、請
求項２の発明の利点を維持したまま、接触面積の減少に
よる放熱効率の減少を無視できる範囲に抑えることがで
きる。

【００２６】また、請求項４の発明に係るサブマウント
は、基板の表面上に金属層並びに半田層を順次積層し、
該半田層を介して前記基板上に半導体素子を固着するサ
ブマウントであって、前記基板表面の端部であって、前
記半田層上に固着する半導体素子の下部に位置する前記
基板領域上に設けられた凹部を備えたことを特徴とす
る。

【００２７】この請求項４の発明によれば、凹部を設け
ることでサブマウント上に半導体素子を固着する際に半
田層から漏れ出す半田材を凹部で吸収することができ
る。また、凹部を基板表面の内部でなく端部に設けるこ
とで、凹部は外部空間に対して開いた構造となり、予想
以上の半田材が漏れ出した場合でも基板の側面に流出さ
せることで半田材を十分吸収することができる。

【００２８】また、請求項５の発明に係る半導体装置
は、熱を外部に放出するためのヒートシンクと、該ヒー
トシンク上に接着層を介して固着し、基板の表面上に第
１の金属層並びに第１の半田層を順次積層したサブマウ
ントと、該サブマウント上に前記第１の半田層を介して
固着する半導体素子とを有する半導体装置において、前
記第１の金属層と接触させつつ、前記基板の側面上に積
層した第２の金属層と、前記第１の半田層と接触させつ
つ、前記第２の金属層上に積層した第２の半田層と、前
記第２の半田層上に位置する余剰半田部分とを備えたこ
とを特徴とする。ここで「余剰半田部分」とは、半導体
素子をサブマウント上に固着する際に第１の半田層から
漏れ出した半田材によって形成される半田部分のことで
ある。

【００２９】この請求項５の発明によれば、漏れ出した
半田材を第２の半田層上に流出させ余剰半田部分を形成
させる構造とすることで半導体素子側面に半田材が付着
することを防止できる。

【００３０】また、請求項６の発明に係る半導体装置
は、熱を外部に放出するためのヒートシンクと、該ヒー
トシンク上に接着層を介して固着し、基板の表面上に金
属層並びに半田層を順次積層したサブマウントと、該サ
ブマウント上に前記半田層を介して固着する半導体素子
とを有する半導体装置において、前記金属層が、端部付
近を除く前記基板表面の一部領域上に積層され、前記基
板表面の他の領域上に位置する余剰半田部分を備えたこ
とを特徴とする。

【００３１】この請求項６の発明によれば、余剰半田部
分が基板表面のうち、金属層が存在せず基板が露出した
領域上に形成させることで半導体素子の側面に半田材が
付着することを防止することができる。

【００３２】また、請求項７の発明に係る半導体装置
は、請求項６に記載の発明において前記金属層端部と前
記基板表面の端部との間の距離が０．１μｍ〜１０μｍ
であることを特徴とする。

【００３３】この請求項７の発明によれば、距離を限定
することで半田材が半導体素子の側面に付着することを
防止できると共に、接触面積の減少による放熱効率の低
下を無視できる程度にまで抑えることができる。

【００３４】また、請求項８の発明に係る半導体装置
は、熱を外部に放出するためのヒートシンクと、該ヒー
トシンク上に接着層を介して固着し、基板の表面上に金
属層並びに半田層を順次積層したサブマウントと、該サ
ブマウント上に前記半田層を介して固着する半導体素子
とを有する半導体装置において、前記基板表面の端部で
あって前記半導体素子の下部の領域に設けられた凹部
と、該凹部内表面上に位置する余剰半田部分とを備える
サブマウントとを備えたことを特徴とする。

【００３５】この請求項８の発明によれば、凹部内に余
剰半田部分を設けることで漏れ出した半田材を凹部で吸
収することができ、半導体素子側面に半田材が付着する
ことを防止できる。

【００３６】また、請求項９の発明に係る半導体装置
は、請求項５〜８に記載の発明において半導体素子は半
導体レーザ素子であることを特徴とする。

【００３７】この請求項９の発明によれば、半導体レー
ザ素子は側面に半田材が付着することで出射光が乱反射
し、特に弊害が大きいため、半導体レーザ素子を使用し
た半導体装置において特に優れた半導体装置を実現でき
る。

【００３８】また、請求項１０の発明に係るサブマウン
トの製造方法は、基板表面に対し垂直方向に溝部を形成
する工程と、前記基板上に金属層を積層する工程と、前
記金属層上に半田層を積層する工程と、前記溝部を境界
として基板を個々のサブマウントに分割する工程とを備
えたことを特徴とする。

【００３９】この請求項１０の発明によれば、溝部を形
成した後に金属層を積層することで、請求項１に記載の
サブマウントにおける第１および第２の金属層を一度に
形成することが可能である。また、半田層を積層した後
に個々のサブマウントに分割することで新たに形成され
た基板の側面は基板の材質が露出した構造となる。した
がってサブマウントを半導体装置に用いた場合でもヒー
トシンクとサブマウントとの間の絶縁性を確保すること
ができる。

【００４０】また、請求項１１の発明に係るサブマウン
トの製造方法は、請求項１０に記載の発明において前記
溝部を形成する工程は、ダイシングソーによっておこな
われることを特徴とする。

【００４１】この請求項１１の発明によれば、ダイシン
グソーはウェハー上に半導体素子を製造した後、個々の
チップに分割する際に主として用いられるものであり、
既存の装置を用いることで簡易にサブマウントを製造す
ることができるという利点を有する。

【００４２】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明に係るサブマウント、半導体装置およびサブマウン
トの製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。な
お、本実施の形態では、図面の記載において同一あるい
は類似部分には同一あるいは類似な符号を付すこととす
る。

【００４３】（実施の形態１）図２に示すように、この
半導体装置は、ヒートシンク１０と、このヒートシンク
８上に接着層１７を介して固着されたサブマウント７
と、このサブマウント７上に固着された半導体レーザ素
子８と、サブマウント７の側面上に位置する余剰半田部
分６とからなる。なお、説明の便宜上図示を省略した
が、実際にはさらに配線およびパッケージングなどが施
される。

【００４４】ヒートシンク１０は、活性層９で発生した
熱をサブマウント７を経由して受け取って外部へ放出す
るために、金属材料などの熱伝導性が良好な物質により
構成されたものである。ここでは、銅（Ｃｕ）をヒート
シンク１０の材料として用いることとする。

【００４５】接着層１７は、ヒートシンク１０と基板１
を接着する接着材料であり、具体的には、熱伝導性の良
い半田材または銀ペーストからなる。サブマウント７を
経由した熱をヒートシンク１０に効率良く伝えるためで
ある。

【００４６】サブマウント７は、半導体レーザ素子８が
発生する熱をヒートシンク１０に伝熱する役割を有する
半導体レーザ素子８の配設部材であり、図１に示すよう
に、基板１と、該基板１の表面上に積層された第１の金
属層２と、この第１の金属層２上に積層された第１の半
田層４を有する。また、基板１の側面に積層された第２
の金属層３と、第２の金属層３上に積層された第２の半
田層５を有する。

【００４７】このように、このサブマウント７は、従来
のように基板１上に単に第１の金属層２および第１の半
田層４を積層するだけではなく、その側面に第２の金属
層３および第２の半田層５を積層したことを特徴とす
る。かかる第２の金属層３および第２の半田層５を設け
た理由は、活性層９の近傍に余剰半田部分６が付着する
事態を避け、もって出射光の安定化を図るためである。

【００４８】基板１は、主として半導体レーザ素子８と
ヒートシンク１０の間の熱応力を緩和するために用いら
れるものであり、熱膨張係数が半導体レーザ素子８とヒ
ートシンク１０の値の中間値をとる物質がこの基板１の
材料として用いられる。また、半導体レーザ素子８との
整合性を重視して半導体レーザ素子８を構成する半導体
単結晶の熱膨張係数に近い値を持つ材料を用いることも
できる。さらに、通常は半導体レーザ素子８の下面とヒ
ートシンク１０は、電気的に絶縁された構造をとるた
め、基板１は絶縁性を有する物質からなることが望まし
い。ここではＡｌＮを材料としている。

【００４９】また、この基板１は、図１に示すようにそ
の側面が鉛直面と傾斜面とを有する構造となっている。
これは後述するサブマウントの製造方法との関係による
ものであり、基板１の構造はこれに限定されるものでは
ない。したがって、たとえば側面が鉛直面のみから構成
されるものであっても、本実施の形態１に係る基板１と
して用いることができる。

【００５０】第１の金属層２は、半導体レーザ素子８を
サブマウント７上に固着する半田材（第１の半田層４）
が濡れ性良く広げるために用いられるものであり、第１
の半田層４を構成する半田材の材料に応じて第１の金属
層２に用いられる金属材料が決定される。なお、本実施
の形態１では、0.01μｍ厚のチタン（Ｔｉ）層、0.05μ
ｍ厚の白金（Ｐｔ）層および0.5μｍ厚の金（Ａｕ）層
を順に積層した構造を用いることとしている。

【００５１】第１の半田層４は、サブマウント７上に半
導体レーザ素子８を固着するためのものである。本実施
の形態１では、第１の半田層４を構成する半田材とし
て、共晶温度が低く固着する強度の強いＡｕ−Ｓｎ共晶
半田を用いている。この他にもＡｕ−Ｇｅ、Ａｕ−Ｓ
ｉ、Ｐｂ−Ｓｎなどの共晶半田材を用いることもでき
る。

【００５２】この第１の半田層４は、第１の金属層２の
全領域にわたって積層する必要はない。具体的には、こ
の第１の半田層４の領域は、サブマウント７上に固着す
る半導体レーザ素子８の大きさに合わせて決定される。
通常は、この第１の半田層４によって放熱効率が低下す
るのは望ましくないので、第１の半田層４の領域は、半
導体レーザ素子８の下面すべての領域が半田材と接触す
るように決定される。なお、本実施の形態１では、第１
の半田層４の厚みを３μｍ程度としている。

【００５３】第２の金属層３は、基板１の側面上に積層
されており、その上端部は第１の金属層２の端部と接続
されている。また、第２の金属層３は、基板１の側面の
下端にまでは延伸しない構造としている。その理由は、
すでに説明したように通常の半導体レーザ装置において
は半導体レーザ素子８とヒートシンク１０とは電気的に
絶縁した構造にする必要があるためである。なお、この
第２の金属層３は、基板１の側面の下端に接触しなけれ
ばよいというものではなく、第２の金属層３の下端は基
板１の側面の下端からある程度距離を保った構造にする
ことが望ましい。その理由は、半導体レーザ素子８をサ
ブマウント７上に固着する際に漏れ出す半田材によって
第２の金属層３とヒートシンク１０が導通することを防
止するためである。

【００５４】この第２の金属層３を構成する金属材料に
は、通常は第１の金属層２を構成する金属材料と同じも
のを用いる。第１の半田層４および第２の半田層５を構
成する半田材に対して濡れ性の良い物質であれば、この
第２の金属層３を第１の金属層２と別の金属材料で構成
することもできるが、製造コストを低減する観点から見
ると同じ金属材料を用いることが望ましい。

【００５５】第２の半田層５は、第１の半田部４から漏
れ出した半田材を基板１の側面に導くものであり、具体
的には、第２の金属層５上に積層され、その上端が第１
の半田層４に接触した構造となる。この第２の半田層５
は、第２の金属層３の全領域上に設ける必要は、必要最
小限の領域に積層すれば足りる。また、この第２の半田
層５は、第１の半田層４よりもその厚みを薄くすること
ができる。その理由は、この第２の半田層５は、第１の
半田層４のように他の構成物を固着するために設けたも
のではなく、漏れ出した半田材を確実に基板１の側面に
導くために設けたものだからである。

【００５６】半導体レーザ素子８は、図示しない電極か
らの電圧の印加により活性層９から出射光（レーザ）を
照射する素子であり、すでに説明したサブマウント７上
に固着される。この際、熱を発生するのは活性層９であ
るので、この活性層９で発熱した熱を効率よく放出する
ために、活性層９との間の距離が短い表面をサブマウン
ト７に固着する。なお、本実施の形態１に用いる半導体
レーザ素子８には、ホモ接合レーザ、二重へテロ接合レ
ーザ（ＤＨレーザ）またはＤＨストライプレーザなどの
レーザ素子を用いることができ、半導体レーザ素子８を
構成する半導体単結晶についてもＧａＡｓ、ＩｎＰ、Ｇ
ａＮなどを用いることができる。

【００５７】余剰半田部分６は、半導体レーザ素子８を
固着する際に漏れ出た半田材によって形成される半田部
分であり、図２に示すように第２の金属層３上に形成さ
れる。この余剰半田部分６が、サブマウント７と半導体
レーザ素子８の境界面付近に存在しないようにすること
で、活性層９から出射されるレーザ光の乱反射等が生じ
ないようにし、もって活性層９と平行に発光できるよう
にしている。

【００５８】次に、本実施の形態１に係る半導体装置の
製造方法について説明する。なお、半導体レーザ素子８
およびヒートシンク１０は、従来から知られた方法で製
造することができ、またサブマウント７のヒートシンク
１０上への固着についても従来から知られた方法で可能
であるので、ここではその説明を省略する。また、サブ
マウント７の製造方法については後述する。

【００５９】この半導体装置の製造方法は、以下に示す
通りである。まず、ヒートシンク１０上に固着したサブ
マウント７を２５０度以下の窒素雰囲気中で保持し、半
導体レーザ素子８を第１の半田層４上に配置する。この
際、半導体レーザ素子８の出射面と第２の金属層３およ
び第２の半田層５を積層した側面が連続するように配置
する。

【００６０】そして、半導体レーザ素子８に対して鉛直
下方向に外部から力を印加する。印加する力の大きさは
０．１Ｎ程度でよい。そして、装置全体を加熱し、第１
の半田層４および第２の半田層５を構成する半田材を流
動状態にする。加熱する温度は３２０度程度が適切であ
る。その後、装置全体に低温の窒素気体を吹き付けるこ
とによって半導体装置の温度を下げ、第１の半田層４、
第２の半田層５および余剰半田部分６を構成する半田材
を硬化させる。その後、必要な金属配線およびパッケー
ジングを施すことにより実施の形態１に係る半導体装置
を完成する。

【００６１】かかる半導体製造工程において、半田材を
流動状態にする際に半導体レーザ素子８に圧力を加えて
いるので、流動化した半田材の一部がサブマウント７と
半導体レーザ素子８の境界面から漏れ出すことになる。
しかしながら、それと同時に第２の半田層５を構成する
半田材も流動化しているため、漏れ出した一部の半田材
は容易に第１の金属層２と第２の金属層３との間の境界
線を越えることができる。

【００６２】すなわち、上記のように装置全体を加熱し
た際、第１の金属層２と第２の金属層３との境界線を覆
う形で流動化した半田材が存在している。したがって、
漏れ出した半田材は、第１の半田層４から第２の半田層
５へスムーズに流れることができることとなり、上記境
界線でせき止められて半導体レーザ素子８の側面に付着
することはない。

【００６３】その後、第２の半田層５へ移動した半田材
は、重力の作用により第２の金属層３上を下方へと移動
する。そして、この半田材は、第２の金属層３の下端付
近でせき止められ、余剰半田部分６を形成する。また、
第２の金属層３の下端は、基板１の下端から一定の距離
を有するため、ヒートシンク１０と半導体レーザ素子８
との間の絶縁性が維持される。このようにして完成した
実施の形態１に係る半導体装置は、活性層９の周辺に余
剰半田部分を発生させないものとなるので、出射光の乱
反射や、発光そのものが遮られることを防止することが
可能となる。

【００６４】次に、図１に示したサブマウント７の製造
方法について図３を用いて説明する。図３は、図１に示
したサブマウント７の製造方法を説明するために主要な
工程について示した模式図である。具体的には以下の
（イ）〜（ニ）に示すとおりである。

【００６５】まず（イ）同図（ａ）に示すように、主表
面が（００１）面でＡｌＮ結晶からなる２００μｍ厚の
基板１を用意した後、同図（ｂ）に示すようにダイシン
グソーを用いて溝部１１を形成する。ここでは、溝部１
１の相互の間隔を８００μｍとする。その理由は、半導
体レーザ素子８の共振器長にあわせるためであり、溝部
１１の間隔は半導体レーザ素子８の大きさに応じて適宜
変更することができる。また、溝部１１の幅は１００μ
ｍ、深さは７５μｍとする。深さについては、基板１の
厚みに対して１／２以上となる場合製造途中で基板１が
割れるおそれがあるため基板１の厚みの１／３〜１／２
程度とすることが望ましい。

【００６６】そして、（ロ）スパッタリング法により基
板１の表面上に第１の金属層２を積層するとともに、溝
部１１の内部表面上に第２の金属層３を積層する。具体
的には、第１の金属層２および第２の金属層３につい
て、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に積層していく。なお、金属
層を形成する必要がない領域については、あらかじめレ
ジスト膜等により保護しておき、金属を積層した後リフ
トオフ法を用いて積層した金属を除去する。その結果、
図３（ｃ）に示すように、第１の金属層２および第２の
金属層３が形成される。

【００６７】その後、（ハ）フォトリソグラフィ法をも
ちいて第１の半田層４および第２の半田層５の形成予定
領域に開口部を有するレジストパターンを形成する。そ
の後、蒸着またはスパッタリング法により半田材である
Ａｕ−Ｓｎを積層し、リフトオフ法によりレジストパタ
ーンおよびレジストパターン上に積層されたＡｕ−Ｓｎ
を除去する。その結果、図３（ｄ）に示すように、第１
の半田層４、第２の半田層５が形成される。そして、
（ニ）最後にチップ分離装置を用いて溝部１１の最深部
を境界として基板１を分離して、サブマウント７は完成
する。

【００６８】上記サブマウント７の製造方法によれば、
溝部１１を形成した後に金属を積層するため、第１の金
属層２および第２の金属層３を一度に形成することがで
きる。したがって、第１の金属層２と第２の金属層３を
別々に形成する製造方法よりも、簡易に金属層を形成す
ることができる。このことは、第１の半田層４および第
２の半田層５に関しても同様である。

【００６９】また、上記の製造方法では、第２の金属層
３および第２の半田層５を積層した後に個々のサブマウ
ント７に分離する。このため、分離する際に形成される
サブマウント７の側面部の表面にはＡｌＮが露出し、第
２の金属層３および第２の半田層５が基板１の下端付近
には存在しない構造を容易に実現することができる。

【００７０】さらに、半導体プロセスで一般に使用され
るダイシングソーを溝部１１の形成に使用することか
ら、特別な装置を導入しなくとも本実施の形態１に係る
半導体装置を製造することができるため、製造コストの
面でも利点を有する。

【００７１】なお、この製造方法により得られたサブマ
ウント７は、半導体レーザ素子の共振器を構成する鏡面
の両方からレーザ光を出射する構造を有する半導体レー
ザ素子に用いることを想定している。鏡面の一方のみか
らレーザ発振させるレーザ素子を固着する場合には、溝
部１１相互の間隔を２倍にして、最後に２つに分割する
ことで、１つの側面上にのみ第２の金属層３および第２
の半田層５を有するサブマウントを製造することができ
る。

【００７２】また、上記の方法によって製造されるサブ
マウント７の側面は、鉛直面のみならず斜面も有する構
造となっている。しかし、（ニ）の工程で個々のサブマ
ウント７に分離する際に、チップ分離装置の分離幅を溝
部１１の幅から第２の金属層３および第２の半田層５の
厚みの分だけ差し引いた幅とすれば、側面が鉛直面のみ
からなるサブマウントを製造することができる。かかる
構造とすることにより、半導体装置の小型化が可能とな
り、また半導体装置を設置する回路基板における占有面
積を減少することができる。

【００７３】また、（イ）の工程でダイシングソーによ
って溝部１１を形成する代わりに、フォトリソグラフィ
法により溝部１１形成予定領域に開口部を有するレジス
トパターンを基板１の表面に形成し、ＲＩＥ法等により
異方性エッチングすることもできる。この場合には、底
部が基板表面と平行な溝部が形成され、側面が階段状と
なったサブマウントができる。また、（１１１）面を露
出させるようにエッチングすることにより、ダイシング
ソーを用いた場合と同様の斜面を形成することが可能で
ある。

【００７４】上述してきたように、実施の形態１に係る
半導体装置によれば、余剰半田部分６をサブマウント７
の側面上に形成するよう構成したので、第１の半田層４
から漏れ出した半田材が半導体レーザ素子８の発光に影
響を与える事態を防止できるという効果を奏する。

【００７５】また、サブマウント７の製造を上述した方
法でおこなうことにより、基板１側面の下端付近に金属
層および半田層を有さないサブマウントを容易に製造で
きるという効果を奏する。

【００７６】（実施の形態２）次に、図４（ａ）および
（ｂ）を用いて本実施の形態２に係る半導体装置につい
て説明する。なお、実施の形態１と同様の部分について
は同一の符号を付すこととして、その詳細な説明を省略
する。

【００７７】本実施の形態２に係る半導体装置は、ヒー
トシンク１０と、接着層１７によりヒートシンク上に固
着されたサブマウント１６と、サブマウント１６上に固
着された半導体レーザ素子８と、サブマウント１６と半
導体レーザ素子８の間に余剰半田部分１５とを有し、図
示省略した金属配線およびパッケージングを有する装置
である。

【００７８】サブマウント１６は、図４（ａ）に示すよ
うに、基板１２と、基板１２上であって基板表面の端部
からの距離がｌ以上離れた領域上に積層された金属層１
３と、金属層１３上に積層された半田層１４とからな
る。

【００７９】金属層１３は、上記実施の形態１と異な
り、基板１２の表面上にのみ積層されている。また、こ
の金属層１３の端部が、基板１２の表面端部から距離ｌ
だけ離れていることも実施の形態１と異なる。このよう
に、金属層１３を基板１２の表面端部から離れて位置さ
せることにより、基板１２と半導体レーザ素子８の接触
面積が減少し、レーザ素子８で発生した熱を外部に放出
する効率は低下するので、距離ｌを１０μｍ以下にする
ことが望ましい。なお、本実施の形態２においてはｌ＝
１０μｍとしている。

【００８０】半田層１４は、金属層１３上に積層され
る。したがって金属層１３と同様に、半田層１４の端部
は基板１２の表面端部から距離ｌだけ離れている。

【００８１】余剰半田部分１５は、基板１２の表面上で
あって、基板１２と半導体レーザ素子８に挟まれた領域
上に位置する。この余剰半田部分１５が、活性層９の周
辺に存在しないようにすることで、出射するレーザ光は
乱反射等を防止することができる。

【００８２】なお、本実施の形態２では、説明の便宜上
基板１２を直方体の形状としたが、本発明はこの形状に
限定されるものではない。例えば、実施の形態１におけ
る基板１と同様の形状としてもかまわない。また、金属
層１３についても、その端部が基板１２の表面端部から
長手方向に距離ｌだけ離れるという条件を満たせば、図
４（ａ）に示すパターン以外でもかまわない。

【００８３】次に、余剰半田部分１５が形成される原理
について説明する。余剰半田部分１５は、半導体レーザ
素子８をサブマウント１６上に固着する際に半田層１４
を構成する半田材の一部が流動化して漏れ出すことによ
り形成される。ここで、金属層１３の端部は、基板１２
の表面端部から距離ｌだけ離れているため、基板表面の
うち端部から距離ｌ以内の領域は基板１２が露出した構
造となっている。基板１２は実施の形態２においてもＡ
ｌＮ結晶からなるため、半田材の濡れ性は悪い。したが
って、半田層１４から漏れ出した半田材は、基板１２表
面上を広がることはできず、金属層１３の端部付近にと
どまることとなるので、結果的に余剰半田部分１５が形
成される。このため、本実施の形態２に係る半導体装置
によれば、半田材が活性層９付近まで漏れ出してレーザ
発光に影響を与えるといった欠点を効果的に防止するこ
とができる。

【００８４】実施の形態２に係る半導体装置を構成する
サブマウント１６は、基本的には実施の形態１における
サブマウント７と同様に製造することができる。しか
し、実施の形態１における（ロ）の工程で金属層１３お
よび半田層１４を形成する際に、基板１２の表面端部に
金属層１３および半田層１４が形成されることのないよ
うにレジストパターンを形成することが必要である。

【００８５】また、サブマウント１６の製造方法におい
て、（イ）の工程における溝部１１の形成を省略するこ
とも可能である。サブマウント１６は、基板１２の側面
において金属層および半田層を形成する必要がないため
である。溝部の形成を省略した場合、さらに簡易にサブ
マウント１６を製造することができる。

【００８６】（実施の形態３）次に、図５（ａ）、
（ｂ）を用いて実施の形態３に係る半導体装置について
説明する。なお、実施の形態１または実施の形態２と同
様の部分については同一の符号を付すこととして、その
詳細な説明を省略する。

【００８７】本実施の形態３に係る半導体装置は、図５
（ｂ）に示すようにヒートシンク１０と、ヒートシンク
１０上に接着層１７を介して固着されたサブマウント２
０と、サブマウント２０上に固着された半導体レーザ素
子８と、サブマウント２０の側面上に位置する余剰半田
層２５とを有し、図示省略した金属配線およびパッケー
ジングを施すことにより構成される。

【００８８】サブマウント２０は、図５（ａ）に示すよ
うに、基板２１と、基板２１上に積層された金属層２２
と、金属層２２上に積層された半田層２３とを有し、基
板２１の長手方向の端部付近に設けられた凹部２４を有
することを特徴とする。

【００８９】凹部２４は、基板２１の長手方向の端部に
形成され、基板２１を鉛直方向に貫く円柱の形状を有す
る。また、図５（ｂ）から明らかなように、凹部２４の
直径は半導体レーザ素子８の短手方向の幅よりも小さ
い。

【００９０】余剰半田部分２５は、凹部２４の内表面上
であって基板２１の表面付近に位置する。凹部２４は基
板２１の側面に対して内部方向にえぐれた構造をとって
いるため、余剰半田部分２５が活性層９に到達すること
はなく、半導体レーザ素子８の発光に対して影響を与え
ないという利点を有する。

【００９１】実施の形態３に係る半導体装置を構成する
サブマウント２０は、基本的には実施の形態１で示した
サブマウント７と同様に製造できる。ただし、凹部２４
を形成するため、サブマウント７の製造方法の（イ）の
工程において、溝部を形成する前に凹部２４形成予定領
域に開口部を有するレジストパターンを形成し、ＲＩＥ
法などの異方性エッチングによって凹部２４を形成して
おく必要がある。なお、（イ）の工程における溝部１１
の形成を省略することも可能である点は、実施の形態２
の場合と同様である。

【００９２】（変形例１）図６（ａ）に、実施の形態３
の変形例１に係るサブマウントを示す。変形例１は金属
層２６および半田層２７の端部が、基板２１の表面端部
から長手方向に距離ｌ'だけ離れた構造をとる。この構
造は実施例２において金属層１３および半田層１４に採
用されているものである。したがって変形例１によって
実施例３における利点と、実施例２における利点を併せ
持ったサブマウントを提供することが可能となる。

【００９３】（変形例２）図６（ｂ）は実施の形態３の
変形例２に係るサブマウントを示す。変形例２は、凹部
２４の内表面上にも金属層２８および半田層２９を積層
したことを特徴とする。変形例２はいわば実施の形態３
と実施の形態１のそれぞれに係る半導体装置を構成する
サブマウントの特徴を併せ持つものであって、実施の形
態３および１における利点を有するサブマウントを提供
することが可能である。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、サブマウントが側面に第２の金属層を有
し第２の金属層上に第２の半田層を有することから、サ
ブマウント上に半導体素子を固着する際に漏れ出した半
田材が第２の半田層下端にまで流れ、半導体素子の側面
に半田材の付着を防止するという効果を奏する。

【００９５】また、請求項２に記載の発明によれば、サ
ブマウントが基板表面のうち端部周辺には金属層を有さ
ないため、サブマウント上に半導体素子を固着する際に
漏れ出す半田材を金属層端部にとどめ、半導体素子の側
面に半田材の付着を防止することができるという効果を
奏する。

【００９６】また、請求項３に記載の発明によれば、請
求項２に記載の発明において金属層端部と基板表面端部
の間の距離を限定することにより放熱効果の減少を無視
できる範囲に抑えるという効果を奏する。

【００９７】また、請求項４に記載の発明によれば、サ
ブマウントが基板端部に凹部を有するため、サブマウン
ト上に半導体素子を固着する際に漏れ出す半田材を凹部
において吸収し、半導体素子の側面に半田材の付着を防
止するという効果を奏する。

【００９８】また、請求項５に記載の発明によれば、第
２の半田層を有するサブマウントを半導体素子の台座と
して用いることで、半導体素子の固着の際に漏れ出した
半田材がサブマウント側面を下方に流れる。したがって
半導体素子の側面に付着することのない半導体装置を実
現できるという効果を奏する。

【００９９】また、請求項６に記載の発明によれば、基
板表面の端部に金属層および半田層を有さないサブマウ
ントを半導体素子の台座として用いることで、半導体素
子の固着の際に漏れ出した半田材を半導体素子の下部に
とどめ、側面に付着することのない半導体装置を実現で
きるという効果を奏する。

【０１００】また、請求項７に記載の発明によれば、請
求項６に記載の発明において基板表面の端部と金属層の
端部との間の距離を限定したサブマウントを用いること
で、放熱効果を損なうことのない半導体装置を実現でき
るという効果を奏する。

【０１０１】また、請求項８に記載の発明は、基板表面
の端部に凹部を設けたサブマウントを半導体素子の台座
に用いることで、半導体素子の固着の際に漏れ出した半
田材を凹部に吸収することで半導体素子の側面に半田材
を付着させることのない半導体装置を実現できるという
効果を奏する。

【０１０２】また、請求項９に記載の発明によれば、請
求項５から８に記載の発明において半導体素子として半
導体レーザ素子を用いることで、出射光が乱反射等され
ることのない半導体装置を実現することができるという
効果を奏する。

【０１０３】また、請求項１０に記載の発明によれば、
基板に溝部を形成し、金属層、半田層と積層した後に個
々のサブマウントに分割することで、簡易に基板側面下
端に金属層等を有さないサブマウントを製造できるとい
う効果を奏する。

【０１０４】また、請求項１１に記載の発明によれば、
請求項１０に記載の発明において溝部の形成をダイシン
グソーによりおこなうことで、既存の装置を用いてサブ
マウントが製造できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を構成
するサブマウントの構造を示す鳥瞰図である。

【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構造
を示す断面図である。

【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を構成
するサブマウントの製造において主要な工程を示す図で
ある。

【図４】（ａ）は、本発明の実施の形態２に係る半導体
装置を構成するサブマウントの構造を示す鳥瞰図であ
る。（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置
の構造を示す断面図である。

【図５】（ａ）は、本発明の実施の形態３に係る半導体
装置を構成するサブマウントの構造を示す鳥瞰図であ
る。（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置
の構造を示す鳥瞰図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施形態３の変形
例に係る半導体装置を構成するサブマウントの構造を示
す鳥瞰図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は、従来技術に係る半導体装置
の構造を示す断面図である。

【図８】（ａ）、（ｂ）は、従来技術に係る半導体装置
の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１、１２、２１、３２ 基板 ２ 第１の金属層 ３ 第２の金属層 ４ 第１の半田層 ５ 第２の半田層 ６、１５、３５、４０、４１、４２ 余剰半田部分 ７，１６、２０ サブマウント ８、３７ 半導体レーザ素子 ９、３６ 活性層 １０、３０ ヒートシンク １１ 溝部 １３、２２、２６、２８、３３、３９ 金属層 １４、２３、２７、３１、３４ 半田層 １７ 接着層 ２４ 凹部 ３８ 出射光 ４１ 空洞部

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面上に第１の金属層並びに第１
   の半田層を順次積層し、該第１の半田層を介して前記基
   板上に半導体素子を固着するサブマウントであって、 前記第１の金属層と接触させつつ、前記基板の側面上に
   積層した第２の金属層と、 前記第１の半田層と接触させつつ、前記第２の金属層上
   に積層した第２の半田層と、 を備えたことを特徴とするサブマウント。
2. 【請求項２】 基板の表面上に金属層並びに半田層を順
   次積層し、該半田層を介して前記基板上に半導体素子を
   固着するサブマウントであって、 前記金属層を、端部付近を除く前記基板表面の一部領域
   上に積層したことを特徴とするサブマウント。
3. 【請求項３】 前記基板表面の端部と、前記金属層の端
   部との間の距離が０．１μｍ〜１０μｍであることを特
   徴とする請求項２に記載のサブマウント。
4. 【請求項４】 基板の表面上に金属層並びに半田層を順
   次積層し、該半田層を介して前記基板上に半導体素子を
   固着するサブマウントにおいて、 前記基板表面の端部であって、前記半田層上に固着する
   半導体素子の下部に位置する前記基板領域上に設けられ
   た凹部を備えたことを特徴とするサブマウント。
5. 【請求項５】 熱を外部に放出するためのヒートシンク
   と、該ヒートシンク上に接着層を介して固着し、基板の
   表面上に第１の金属層並びに第１の半田層を順次積層し
   たサブマウントと、該サブマウント上に前記第１の半田
   層を介して固着する半導体素子とを有する半導体装置に
   おいて、 前記第１の金属層と接触させつつ、前記基板の側面上に
   積層した第２の金属層と、 前記第１の半田層と接触させつつ、前記第２の金属層上
   に積層した第２の半田層と、 前記第２の半田層上に位置する余剰半田部分と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 熱を外部に放出するためのヒートシンク
   と、該ヒートシンク上に接着層を介して固着し、基板の
   表面上に金属層並びに半田層を順次積層したサブマウン
   トと、該サブマウント上に前記半田層を介して固着する
   半導体素子とを有する半導体装置において、 前記金属層が、端部付近を除く前記基板表面の一部領域
   上に積層され、 前記基板表面の他の領域上に位置する余剰半田部分を備
   えたことを特徴とする半導体装置。
7. 【請求項７】 前記金属層端部と前記基板表面の端部と
   の間の距離が０．１μｍ〜１０μｍであることを特徴と
   する請求項６に記載の半導体装置。
8. 【請求項８】 熱を外部に放出するためのヒートシンク
   と、該ヒートシンク上に接着層を介して固着し、基板の
   表面上に金属層並びに半田層を順次積層したサブマウン
   トと、該サブマウント上に前記半田層を介して固着する
   半導体素子とを有する半導体装置において、 前記基板表面の端部であって前記半導体素子の下部の領
   域に設けられた凹部と、 該凹部内表面上に位置する余剰半田部分とを備えるサブ
   マウントと、 を備えたことを特徴とする半導体装置。
9. 【請求項９】 前記半導体素子は半導体レーザ素子であ
   ることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の半
   導体装置。
10. 【請求項１０】 基板表面に対し垂直方向に溝部を形成
    する工程と、 前記基板上に金属層を積層する工程と、 前記金属層上に半田層を積層する工程と、 前記溝部を境界として基板を個々のサブマウントに分割
    する工程と、 を備えたことを特徴とするサブマウントの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記溝部を形成する工程は、ダイシン
    グソーによっておこなわれることを特徴とする請求項１
    ０に記載のサブマウントの製造方法。