JP2003258356A - サブマウント - Google Patents
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- JP2003258356A JP2003258356A JP2002052426A JP2002052426A JP2003258356A JP 2003258356 A JP2003258356 A JP 2003258356A JP 2002052426 A JP2002052426 A JP 2002052426A JP 2002052426 A JP2002052426 A JP 2002052426A JP 2003258356 A JP2003258356 A JP 2003258356A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力のポンプＬＤ等の半導体レーザ素子を
搭載するための上面半田層、およびサブマウントを台座
等の外部装置に接合するための下面半田層の濡れ広がり
を抑えることにより、導通抵抗の増大を防ぐことのでき
るものとすること。 【解決手段】 ダイヤモンドから成る略直方体の基材３
と、基材３の上面に形成され、半導体レーザ素子を半田
を介して搭載するための上面導体層２ａと、基材３の下
面に形成され、半田を介して外部装置に接合するための
下面導体層２ｂと、基材３の側面に形成され、上面導体
層２ａおよび下面導体層２ｂを電気的に接続する側面導
体層２ｃと、側面導体層２ｃの少なくとも上下端の表面
に形成された半田ダム層５とを具備した。
搭載するための上面半田層、およびサブマウントを台座
等の外部装置に接合するための下面半田層の濡れ広がり
を抑えることにより、導通抵抗の増大を防ぐことのでき
るものとすること。 【解決手段】 ダイヤモンドから成る略直方体の基材３
と、基材３の上面に形成され、半導体レーザ素子を半田
を介して搭載するための上面導体層２ａと、基材３の下
面に形成され、半田を介して外部装置に接合するための
下面導体層２ｂと、基材３の側面に形成され、上面導体
層２ａおよび下面導体層２ｂを電気的に接続する側面導
体層２ｃと、側面導体層２ｃの少なくとも上下端の表面
に形成された半田ダム層５とを具備した。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高出力のポンプレ
ーザダイオード等の半導体レーザ素子を搭載するための
サブマウントに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、光通信に用いられる半導体レーザ
素子（レーザダイオード：ＬＤ）には、光信号発振用の
ＬＤと、発振されたレーザ光等の光信号をチャージアッ
プして光強度を向上させてより遠距離まで伝達させるた
めのポンプＬＤとがある。とりわけポンプＬＤは、近年
の情報伝送量の増大、長距離伝送化および低ノイズ化の
ため、より高出力化が要求されている。ポンプＬＤの出
力は従来100〜200ｍＷであったのに対して、近年400〜6
00ｍＷに高出力化されており、近い将来1000ｍＷの出力
を達成しようと研究されている。 【０００３】従来の100〜200ｍＷの出力を有するポンプ
ＬＤを搭載するためのサブマウントには、150〜350Ｗ／
ｍ・Ｋの熱伝導率を有する窒化アルミニウム，ベリリ
ア，炭化シリコン等のセラミックスを基材としたサブマ
ウントが用いられてきた。これらの材料は、従来のポン
プＬＤの熱を十分に放熱させ得る高熱伝導性材料であ
り、比較的安価であるという理由で用いられてきた。 【０００４】しかしながら、従来の窒化アルミニウム等
のセラミックスでは放熱性が不十分なため、ポンプＬＤ
の寿命が短くなるという問題があった。そこで、近年の
400ｍＷ以上の出力を有するポンプＬＤについては、サ
ブマウントの材料として、作動時に発生する熱を有効に
放熱するように1000Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つダ
イヤモンドが注目されている。 【０００５】従来の高出力のポンプＬＤ用のサブマウン
トを図２に示す。図２において、11はサブマウント、12
は、サブマウント11表面に真空蒸着法やスパッタリング
法等で被着された導体層、13はダイヤモンドから成るサ
ブマント11の基材、14は上面半田層、16は下面半田層、
17はポンプＬＤ、18は台座である。また、12ａは、基材
13の上面に被着され、上面半田層14を介してポンプＬＤ
17が接合される上面導体層、12ｂは、基材13の下面に被
着され、下面半田層16を介して台座18に接合される下面
導体層、12ｃは上面導体層12ａと下面導体層12ｂを電気
的に接続する側面導体層である。 【０００６】ポンプＬＤ17のベース電極は、上面導体層
12ａ、側面導体層12ｃ、下面導体層12ｂおよび台座18を
介して外部端子（不図示）に接続される。 【０００７】近年のポンプＬＤ17の高出力化により、よ
り熱伝導率の高い基材13を用いるようになった。この基
材13は、ＣＶＤ法にて形成される多結晶ダイヤモンドや
高圧法による単結晶ダイヤモンドから成り、それらの熱
伝導率は1000〜2200Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。また、ポン
プＬＤ17の高出力化は、駆動電力の上昇および発熱量の
増加をもたらし、従来の200Ｗ／ｍ・Ｋの出力では導体
層12の厚みはせいぜい0.5μｍであったものが、導通抵
抗による発熱を押さえるため1〜２μｍ程度の厚みとな
ってきている。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
高出力のポンプＬＤ17に用いるサブマウント11におい
て、ポンプＬＤ17をサブマウント11に接合するための上
面半田層４およびサブマウント11をＣｕ−Ｗ合金等の台
座８に接合するための下面半田層６は、半田の溶融時に
側面導体層２ｃを融かしながら濡れ広がる。そのため、
半田ボリュームが溶融した側面導体層２ｃの体積の分だ
け多くなり、ポンプＬＤ17の発光部を塞ぐことがあっ
た。さらに、溶融した半田はサブマウント11の側面導体
層２ｃを溶かしながら台座８に大きく濡れ広がるため、
導通抵抗の増大を抑えるために導体層を厚くしても、側
面導体層２ｃの厚みが減少し、導通抵抗が増加するとい
う問題点があった。 【０００９】従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成
されたものであり、その目的は、ポンプＬＤ等の半導体
レーザ素子を搭載するための上面半田層およびサブマウ
ントを台座等の外部装置に接合するための下面半田層の
濡れ広がりを抑えることにより、導通抵抗の増大を防ぐ
ことのできるサブマウントを提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明のサブマウント
は、ダイヤモンドから成る略直方体の基材と、該基材の
上面に形成され、半導体レーザ素子を半田を介して搭載
するための上面導体層と、前記基材の下面に形成され、
半田を介して外部装置に接合するための下面導体層と、
前記基材の側面に形成され、前記上面導体層および前記
下面導体層を電気的に接続する側面導体層と、前記側面
導体層の少なくとも上下端の表面に形成された半田ダム
層とを具備したことを特徴とする。 【００１１】本発明のサブマウントは、上記の構成によ
り、ポンプＬＤ等の半導体レーザ素子をサブマウントに
半田付けして搭載する際に、側面導体層の半田への溶融
が阻止されるかまたは極めて緩慢となり、半田中に側面
導体層が殆ど溶け込まなくなる。その結果、側面導体層
が半田に溶け込んで半田のボリュームが増大して半導体
レーザ素子に這い上がって発光部を塞ぐことがなくな
る。また、側面導体層が半田に溶け込んで半田のボリュ
ームが増大して台座等の外部装置に濡れ広がり、側面導
体層における導通抵抗が増大することがなくなる。従っ
て、大出力のポンプＬＤ等の半導体レーザ素子の光特性
が安定化することになる。 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明のサブマウントについて以
下に詳細に説明する。図１は本発明のサブマウントにつ
いて実施の形態の一例を示す断面図である。図１におい
て、１は略直方体のサブマウント、２はサブマウント１
に被着された導体層、３はダイヤモンドから成るサブマ
ウント１の基材、４は半導体レーザとしてのポンプＬＤ
７をサブマウント１上面の搭載するための上面半田層、
５は半田ダム層、６は下面半田層、７はポンプＬＤ、８
は下面半田層７を介して上面にサブマウント１が載置さ
れるＣｕ−Ｗ合金等から成る外部装置としての台座であ
る。また、２ａは、基材３の上面に被着され、上面半田
層４を介してポンプＬＤ７が接合される上面導体層、２
ｂは、基材３の下面に被着され、下面半田層６を介して
台座８に接合される下面導体層、２ｃは上面導体層２ａ
および下面導体層２ｂを電気的に接続する側面導体層で
ある。 【００１３】本発明のサブマウント１は、その上面にポ
ンプＬＤ７が上面半田層４を介して接合され、その下面
が下面半田層６を介して台座８に接合される。ポンプＬ
Ｄ７が上面に搭載され、台座８に載置されたサブマウン
ト１は、光半導体装置の収納容器等に他の部品とともに
収納され、ボンディングワイヤ等により光半導体装置の
収納容器の外部電極や外部リード端子等に電気的に接続
される。 【００１４】本発明のサブマウント１の基材３は、熱伝
導率が1000Ｗ／ｍ・Ｋ以上の多結晶または単結晶のダイ
ヤモンドから成る。これにより、高出力のポンプＬＤ７
の搭載が可能となる。基材３の熱伝導率が1000Ｗ／ｍ・
Ｋ未満だと、高出力のポンプＬＤ７の熱を十分に放熱で
きず、ポンプＬＤ７の寿命が著しく短くなる。 【００１５】また、基材３は単結晶のダイヤモンドから
成るのがよく、基材３がＣＶＤ法で形成された多結晶ダ
イヤモンドから成る場合、内部応力のため基材３の厚み
を十分厚くすることが困難な場合がある。 【００１６】サブマウント１の上面導体層２aの面積
は、ポンプＬＤ７の下面の１倍程度以上が良い。１倍未
満では、ポンプＬＤ７の接合強度が弱くなる傾向があ
る。また、ポンプＬＤ７の放熱効率も低下する傾向があ
る。 【００１７】導体層２は、例えば密着金属層、拡散防止
層、主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成
る。そして、密着金属層はダイヤモンドとの密着性の点
で、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔａ2
Ｎ等の少なくとも1種より成るのが良い。密着金属層の
厚さは0.01〜0.2μｍ程度が良い。0.01μｍ未満では強
固に密着することが困難となり、0.2μｍを超えると成
膜時の内部応力によって剥離が生じ易くなる。 【００１８】拡散防止層は、密着金属層と主導体層との
相互拡散を防ぐうえで、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｎｉ
−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の少なくとも1種より成る
のが良い。拡散防止層の厚さは0.05〜１μｍ程度が良
く、0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して
拡散防止層としての機能を果たしにくくなる。１μｍを
超えると、成膜時の内部応力により剥離が生じ易くな
る。拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、密着
性も確保できるため、密着金属層を省くことも可能であ
る。 【００１９】さらに主導体層は電気抵抗の小さいＡｕ，
Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ等より成るのが良く、その厚さは１μ
ｍ以上が良い。１μｍ未満では、ポンプＬＤ７の出力を
400ｍＷ以上とするために大電流を流した際に断線し易
くなる。しかしながら、Ａｕは貴金属で高価であること
から、低コスト化の点でなるべく薄く形成することが好
ましい。Ｃｕは酸化し易いので、その上にＮｉおよびＡ
ｕから成る保護層をメッキ法等で被着するのが良い。 【００２０】上面半田層４および下面半田層６として
は、Ａｕ−Ｇｅ合金（融点約356℃）、Ａｕ−Ｓｉ合金
（融点約370℃）、Ａｕ−Ｓｎ合金（融点約183℃）、Ｉ
ｎ−Ｐｂ合金（融点約172℃）、Ｉｎ（融点約157℃）等
が用いられる。 【００２１】また、上面半田層４および下面半田層６の
厚みは１〜10μｍ程度が良い。１μｍ未満だと、基材３
をポンプＬＤ７および台座８に接合させるには半田のボ
リュームが過少となるため、十分な接合強度が得られな
い。また、10μｍを超えると、半田のボリュームが過多
になるため、ポンプＬＤ７の発光部を塞ぐことがある。
また、ポンプＬＤ７および台座８の接合時に、半田が長
時間融解した状態となるため、ポンプＬＤ７の接合位置
にズレが生じたり、表面張力により半田ダム５が破壊さ
れ易くなる。 【００２２】側面導体層２ｃの少なくとも上下端の表面
に形成される半田ダム層５は、Ｐｔ，Ｃｒ，Ｎｉ等の金
属、ＳｉＯ2やＢ2Ｏ3等の酸化物から成るのが良い。こ
の場合、半田の濡れ広がりを有効に防ぐことができるた
め、半田が側面導体層２ｃに濡れ広がって側面導体層２
ｃと合金化したり、側面導体層２ｃが半田に溶けて薄く
なるようなことがない。その結果、高出力のポンプＬＤ
７の光特性を安定化させることができる。 【００２３】また、半田ダム層５の厚さは0.05〜１μｍ
程度が良い。0.05μｍ未満では、溶融した半田が導体層
２を融解しようとする際に表面張力によって盛り上がろ
うとする力に抗しきれずに破壊され易くなる。１μｍを
超えると、成膜時の内部応力により剥離が生じ易くな
る。 【００２４】半田ダム層５が側面導体層２ｃの上下端の
表面に形成されている場合、半田ダム層５の上下方向の
幅は100μｍ程度以上が良い。100μｍ未満だと、半田食
われにより、半田の濡れ広がりを抑えることが困難にな
る。 【００２５】 【実施例】本発明のサブマウントの実施例について以下
に説明する。 【００２６】まず、ＣＶＤ法により合成した熱伝導率10
00Ｗ／ｍ・Ｋの多結晶のダイヤモンドから成る基材３
を、縦１ｍｍ×横１ｍｍ×厚さ0.3ｍｍの直方体に切り
出した。基材３の主面を算術平均粗さＲａが300Å以下
となるように研磨した。次に、無機アルカリ系の洗浄液
で洗浄して基材３の表面を清浄化した。次に、基材３を
一面ずつ成膜可能な治具にセットし、真空蒸着装置にて
密着金属層として厚み0.1μｍのＴｉ層、拡散防止層と
して厚み0.2μｍのＰｔ層、主導体層として厚み１μｍ
のＡｕ層を順次被着させ、導体層２を形成した。即ち、
基材３の上面に上面導体層２ａ、下面に下面導体層２
ｂ、１つの側面に側面導体層２ｃを形成した。その後、
側面導体層２ｃの表面に各種材質の半田ダム層５を種々
の厚みで被着させた（表１）。その後、上面導体層２ａ
の表面にＡｕ−Ｓｎ合金からなる厚み３μｍの上面半田
層４を被着させて、実施例のサブマウント１の試料を作
製した。 【００２７】また、比較例として、半田ダム層５を設け
ない以外は上記実施例と同様に作製した従来のサブマウ
ント11（図２）の試料を用意した。 【００２８】そして、これらの試料は、まず320℃に加
熱したヒーターブロック上で20秒加熱され、上面半田層
４を融解した。次に、表面にＮｉメッキ層およびＡｕメ
ッキ層を順次被着したＣｕ−Ｗ合金から成る台座８上
に、下面半田層６として厚み10μｍのＰｂ−Ｓｎ合金か
ら成る板状のプレフォームを置き、サブマウント１，11
をプレフォームを介して台座８上に載置し、220℃で１
分間加熱してサブマウント１を台座８上に接合した。 【００２９】そして、これら台座８に接合したサブマウ
ント１，11について、側面導体層２ｃへの半田の濡れ広
がりについて評価した結果を表１に示す。このとき、サ
ブマウント１，11の側面導体層２ｃへの半田の濡れ広が
りが無かったものについては○、側面導体層２ｃの半田
の濡れ広がりが50μｍの幅未満のものを△、側面導体層
の半田の濡れ広がりが50μｍの幅以上のものを×とし
た。 【００３０】 【表１】【００３１】表１より、半田ダム層５の厚みが0.05μｍ
以上では、半田が側面導体層２ｃに濡れ広がる量が明ら
かに減少し、半田ダム５の厚みが0.1μｍ以上では半田
は側面導体層２ｃへは濡れ広がらないことが判った。こ
れは、側面導体層２ｃの主導体であるＡｕ層が、半田ダ
ム層５により半田が側面導体層２ｃに濡れ広がらないの
で、半田と殆ど合金化しないため、導体層２は半田と合
金化する量が極めて少なくなったためと考えられる。こ
のように本発明のサブマウント１は、側面導体層２ｃが
溶けて半田のボリュームが増大することが大幅に抑制さ
れ、ポンプＬＤ７の発光部を半田が塞いだり、側面導体
層２ｃが半田に溶け込んで台座８へ濡れ広がらないこと
が確認できた。 【００３２】なお、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更や改良を施すことは何ら差し支えない。 【００３３】 【発明の効果】本発明のサブマウントは、ダイヤモンド
から成る略直方体の基材と、基材の上面に形成され、半
導体レーザ素子を半田を介して搭載するための上面導体
層と、基材の下面に形成され、半田を介して外部装置に
接合するための下面導体層と、基材の側面に形成され、
上面導体層および下面導体層を電気的に接続する側面導
体層と、側面導体層の少なくとも上下端の表面に形成さ
れた半田ダム層とを具備したことにより、ポンプＬＤ等
の半導体レーザ素子をサブマウントに半田付けして搭載
する際に、側面導体層の半田への溶融が阻止されるかま
たは極めて緩慢となり、半田中に側面導体層が殆ど溶け
込まなくなる。その結果、側面導体層が半田に溶け込ん
で半田のボリュームが増大して半導体レーザ素子に這い
上がって発光部を塞ぐことがなくなる。また、側面導体
層が半田に溶け込んで半田のボリュームが増大して台座
等の外部装置に濡れ広がり、側面導体層における導通抵
抗が増大することがなくなる。従って、大出力のポンプ
ＬＤ等の半導体レーザ素子の光特性が安定化することに
なる。
ーザダイオード等の半導体レーザ素子を搭載するための
サブマウントに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、光通信に用いられる半導体レーザ
素子（レーザダイオード：ＬＤ）には、光信号発振用の
ＬＤと、発振されたレーザ光等の光信号をチャージアッ
プして光強度を向上させてより遠距離まで伝達させるた
めのポンプＬＤとがある。とりわけポンプＬＤは、近年
の情報伝送量の増大、長距離伝送化および低ノイズ化の
ため、より高出力化が要求されている。ポンプＬＤの出
力は従来100〜200ｍＷであったのに対して、近年400〜6
00ｍＷに高出力化されており、近い将来1000ｍＷの出力
を達成しようと研究されている。 【０００３】従来の100〜200ｍＷの出力を有するポンプ
ＬＤを搭載するためのサブマウントには、150〜350Ｗ／
ｍ・Ｋの熱伝導率を有する窒化アルミニウム，ベリリ
ア，炭化シリコン等のセラミックスを基材としたサブマ
ウントが用いられてきた。これらの材料は、従来のポン
プＬＤの熱を十分に放熱させ得る高熱伝導性材料であ
り、比較的安価であるという理由で用いられてきた。 【０００４】しかしながら、従来の窒化アルミニウム等
のセラミックスでは放熱性が不十分なため、ポンプＬＤ
の寿命が短くなるという問題があった。そこで、近年の
400ｍＷ以上の出力を有するポンプＬＤについては、サ
ブマウントの材料として、作動時に発生する熱を有効に
放熱するように1000Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を持つダ
イヤモンドが注目されている。 【０００５】従来の高出力のポンプＬＤ用のサブマウン
トを図２に示す。図２において、11はサブマウント、12
は、サブマウント11表面に真空蒸着法やスパッタリング
法等で被着された導体層、13はダイヤモンドから成るサ
ブマント11の基材、14は上面半田層、16は下面半田層、
17はポンプＬＤ、18は台座である。また、12ａは、基材
13の上面に被着され、上面半田層14を介してポンプＬＤ
17が接合される上面導体層、12ｂは、基材13の下面に被
着され、下面半田層16を介して台座18に接合される下面
導体層、12ｃは上面導体層12ａと下面導体層12ｂを電気
的に接続する側面導体層である。 【０００６】ポンプＬＤ17のベース電極は、上面導体層
12ａ、側面導体層12ｃ、下面導体層12ｂおよび台座18を
介して外部端子（不図示）に接続される。 【０００７】近年のポンプＬＤ17の高出力化により、よ
り熱伝導率の高い基材13を用いるようになった。この基
材13は、ＣＶＤ法にて形成される多結晶ダイヤモンドや
高圧法による単結晶ダイヤモンドから成り、それらの熱
伝導率は1000〜2200Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。また、ポン
プＬＤ17の高出力化は、駆動電力の上昇および発熱量の
増加をもたらし、従来の200Ｗ／ｍ・Ｋの出力では導体
層12の厚みはせいぜい0.5μｍであったものが、導通抵
抗による発熱を押さえるため1〜２μｍ程度の厚みとな
ってきている。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
高出力のポンプＬＤ17に用いるサブマウント11におい
て、ポンプＬＤ17をサブマウント11に接合するための上
面半田層４およびサブマウント11をＣｕ−Ｗ合金等の台
座８に接合するための下面半田層６は、半田の溶融時に
側面導体層２ｃを融かしながら濡れ広がる。そのため、
半田ボリュームが溶融した側面導体層２ｃの体積の分だ
け多くなり、ポンプＬＤ17の発光部を塞ぐことがあっ
た。さらに、溶融した半田はサブマウント11の側面導体
層２ｃを溶かしながら台座８に大きく濡れ広がるため、
導通抵抗の増大を抑えるために導体層を厚くしても、側
面導体層２ｃの厚みが減少し、導通抵抗が増加するとい
う問題点があった。 【０００９】従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成
されたものであり、その目的は、ポンプＬＤ等の半導体
レーザ素子を搭載するための上面半田層およびサブマウ
ントを台座等の外部装置に接合するための下面半田層の
濡れ広がりを抑えることにより、導通抵抗の増大を防ぐ
ことのできるサブマウントを提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明のサブマウント
は、ダイヤモンドから成る略直方体の基材と、該基材の
上面に形成され、半導体レーザ素子を半田を介して搭載
するための上面導体層と、前記基材の下面に形成され、
半田を介して外部装置に接合するための下面導体層と、
前記基材の側面に形成され、前記上面導体層および前記
下面導体層を電気的に接続する側面導体層と、前記側面
導体層の少なくとも上下端の表面に形成された半田ダム
層とを具備したことを特徴とする。 【００１１】本発明のサブマウントは、上記の構成によ
り、ポンプＬＤ等の半導体レーザ素子をサブマウントに
半田付けして搭載する際に、側面導体層の半田への溶融
が阻止されるかまたは極めて緩慢となり、半田中に側面
導体層が殆ど溶け込まなくなる。その結果、側面導体層
が半田に溶け込んで半田のボリュームが増大して半導体
レーザ素子に這い上がって発光部を塞ぐことがなくな
る。また、側面導体層が半田に溶け込んで半田のボリュ
ームが増大して台座等の外部装置に濡れ広がり、側面導
体層における導通抵抗が増大することがなくなる。従っ
て、大出力のポンプＬＤ等の半導体レーザ素子の光特性
が安定化することになる。 【００１２】 【発明の実施の形態】本発明のサブマウントについて以
下に詳細に説明する。図１は本発明のサブマウントにつ
いて実施の形態の一例を示す断面図である。図１におい
て、１は略直方体のサブマウント、２はサブマウント１
に被着された導体層、３はダイヤモンドから成るサブマ
ウント１の基材、４は半導体レーザとしてのポンプＬＤ
７をサブマウント１上面の搭載するための上面半田層、
５は半田ダム層、６は下面半田層、７はポンプＬＤ、８
は下面半田層７を介して上面にサブマウント１が載置さ
れるＣｕ−Ｗ合金等から成る外部装置としての台座であ
る。また、２ａは、基材３の上面に被着され、上面半田
層４を介してポンプＬＤ７が接合される上面導体層、２
ｂは、基材３の下面に被着され、下面半田層６を介して
台座８に接合される下面導体層、２ｃは上面導体層２ａ
および下面導体層２ｂを電気的に接続する側面導体層で
ある。 【００１３】本発明のサブマウント１は、その上面にポ
ンプＬＤ７が上面半田層４を介して接合され、その下面
が下面半田層６を介して台座８に接合される。ポンプＬ
Ｄ７が上面に搭載され、台座８に載置されたサブマウン
ト１は、光半導体装置の収納容器等に他の部品とともに
収納され、ボンディングワイヤ等により光半導体装置の
収納容器の外部電極や外部リード端子等に電気的に接続
される。 【００１４】本発明のサブマウント１の基材３は、熱伝
導率が1000Ｗ／ｍ・Ｋ以上の多結晶または単結晶のダイ
ヤモンドから成る。これにより、高出力のポンプＬＤ７
の搭載が可能となる。基材３の熱伝導率が1000Ｗ／ｍ・
Ｋ未満だと、高出力のポンプＬＤ７の熱を十分に放熱で
きず、ポンプＬＤ７の寿命が著しく短くなる。 【００１５】また、基材３は単結晶のダイヤモンドから
成るのがよく、基材３がＣＶＤ法で形成された多結晶ダ
イヤモンドから成る場合、内部応力のため基材３の厚み
を十分厚くすることが困難な場合がある。 【００１６】サブマウント１の上面導体層２aの面積
は、ポンプＬＤ７の下面の１倍程度以上が良い。１倍未
満では、ポンプＬＤ７の接合強度が弱くなる傾向があ
る。また、ポンプＬＤ７の放熱効率も低下する傾向があ
る。 【００１７】導体層２は、例えば密着金属層、拡散防止
層、主導体層が順次積層された３層構造の導体層から成
る。そして、密着金属層はダイヤモンドとの密着性の点
で、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｎｉ−Ｃｒ合金，Ｔａ2
Ｎ等の少なくとも1種より成るのが良い。密着金属層の
厚さは0.01〜0.2μｍ程度が良い。0.01μｍ未満では強
固に密着することが困難となり、0.2μｍを超えると成
膜時の内部応力によって剥離が生じ易くなる。 【００１８】拡散防止層は、密着金属層と主導体層との
相互拡散を防ぐうえで、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｎｉ，Ｎｉ
−Ｃｒ合金，Ｔｉ−Ｗ合金等の少なくとも1種より成る
のが良い。拡散防止層の厚さは0.05〜１μｍ程度が良
く、0.05μｍ未満では、ピンホール等の欠陥が発生して
拡散防止層としての機能を果たしにくくなる。１μｍを
超えると、成膜時の内部応力により剥離が生じ易くな
る。拡散防止層にＮｉ−Ｃｒ合金を用いる場合は、密着
性も確保できるため、密着金属層を省くことも可能であ
る。 【００１９】さらに主導体層は電気抵抗の小さいＡｕ，
Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ等より成るのが良く、その厚さは１μ
ｍ以上が良い。１μｍ未満では、ポンプＬＤ７の出力を
400ｍＷ以上とするために大電流を流した際に断線し易
くなる。しかしながら、Ａｕは貴金属で高価であること
から、低コスト化の点でなるべく薄く形成することが好
ましい。Ｃｕは酸化し易いので、その上にＮｉおよびＡ
ｕから成る保護層をメッキ法等で被着するのが良い。 【００２０】上面半田層４および下面半田層６として
は、Ａｕ−Ｇｅ合金（融点約356℃）、Ａｕ−Ｓｉ合金
（融点約370℃）、Ａｕ−Ｓｎ合金（融点約183℃）、Ｉ
ｎ−Ｐｂ合金（融点約172℃）、Ｉｎ（融点約157℃）等
が用いられる。 【００２１】また、上面半田層４および下面半田層６の
厚みは１〜10μｍ程度が良い。１μｍ未満だと、基材３
をポンプＬＤ７および台座８に接合させるには半田のボ
リュームが過少となるため、十分な接合強度が得られな
い。また、10μｍを超えると、半田のボリュームが過多
になるため、ポンプＬＤ７の発光部を塞ぐことがある。
また、ポンプＬＤ７および台座８の接合時に、半田が長
時間融解した状態となるため、ポンプＬＤ７の接合位置
にズレが生じたり、表面張力により半田ダム５が破壊さ
れ易くなる。 【００２２】側面導体層２ｃの少なくとも上下端の表面
に形成される半田ダム層５は、Ｐｔ，Ｃｒ，Ｎｉ等の金
属、ＳｉＯ2やＢ2Ｏ3等の酸化物から成るのが良い。こ
の場合、半田の濡れ広がりを有効に防ぐことができるた
め、半田が側面導体層２ｃに濡れ広がって側面導体層２
ｃと合金化したり、側面導体層２ｃが半田に溶けて薄く
なるようなことがない。その結果、高出力のポンプＬＤ
７の光特性を安定化させることができる。 【００２３】また、半田ダム層５の厚さは0.05〜１μｍ
程度が良い。0.05μｍ未満では、溶融した半田が導体層
２を融解しようとする際に表面張力によって盛り上がろ
うとする力に抗しきれずに破壊され易くなる。１μｍを
超えると、成膜時の内部応力により剥離が生じ易くな
る。 【００２４】半田ダム層５が側面導体層２ｃの上下端の
表面に形成されている場合、半田ダム層５の上下方向の
幅は100μｍ程度以上が良い。100μｍ未満だと、半田食
われにより、半田の濡れ広がりを抑えることが困難にな
る。 【００２５】 【実施例】本発明のサブマウントの実施例について以下
に説明する。 【００２６】まず、ＣＶＤ法により合成した熱伝導率10
00Ｗ／ｍ・Ｋの多結晶のダイヤモンドから成る基材３
を、縦１ｍｍ×横１ｍｍ×厚さ0.3ｍｍの直方体に切り
出した。基材３の主面を算術平均粗さＲａが300Å以下
となるように研磨した。次に、無機アルカリ系の洗浄液
で洗浄して基材３の表面を清浄化した。次に、基材３を
一面ずつ成膜可能な治具にセットし、真空蒸着装置にて
密着金属層として厚み0.1μｍのＴｉ層、拡散防止層と
して厚み0.2μｍのＰｔ層、主導体層として厚み１μｍ
のＡｕ層を順次被着させ、導体層２を形成した。即ち、
基材３の上面に上面導体層２ａ、下面に下面導体層２
ｂ、１つの側面に側面導体層２ｃを形成した。その後、
側面導体層２ｃの表面に各種材質の半田ダム層５を種々
の厚みで被着させた（表１）。その後、上面導体層２ａ
の表面にＡｕ−Ｓｎ合金からなる厚み３μｍの上面半田
層４を被着させて、実施例のサブマウント１の試料を作
製した。 【００２７】また、比較例として、半田ダム層５を設け
ない以外は上記実施例と同様に作製した従来のサブマウ
ント11（図２）の試料を用意した。 【００２８】そして、これらの試料は、まず320℃に加
熱したヒーターブロック上で20秒加熱され、上面半田層
４を融解した。次に、表面にＮｉメッキ層およびＡｕメ
ッキ層を順次被着したＣｕ−Ｗ合金から成る台座８上
に、下面半田層６として厚み10μｍのＰｂ−Ｓｎ合金か
ら成る板状のプレフォームを置き、サブマウント１，11
をプレフォームを介して台座８上に載置し、220℃で１
分間加熱してサブマウント１を台座８上に接合した。 【００２９】そして、これら台座８に接合したサブマウ
ント１，11について、側面導体層２ｃへの半田の濡れ広
がりについて評価した結果を表１に示す。このとき、サ
ブマウント１，11の側面導体層２ｃへの半田の濡れ広が
りが無かったものについては○、側面導体層２ｃの半田
の濡れ広がりが50μｍの幅未満のものを△、側面導体層
の半田の濡れ広がりが50μｍの幅以上のものを×とし
た。 【００３０】 【表１】【００３１】表１より、半田ダム層５の厚みが0.05μｍ
以上では、半田が側面導体層２ｃに濡れ広がる量が明ら
かに減少し、半田ダム５の厚みが0.1μｍ以上では半田
は側面導体層２ｃへは濡れ広がらないことが判った。こ
れは、側面導体層２ｃの主導体であるＡｕ層が、半田ダ
ム層５により半田が側面導体層２ｃに濡れ広がらないの
で、半田と殆ど合金化しないため、導体層２は半田と合
金化する量が極めて少なくなったためと考えられる。こ
のように本発明のサブマウント１は、側面導体層２ｃが
溶けて半田のボリュームが増大することが大幅に抑制さ
れ、ポンプＬＤ７の発光部を半田が塞いだり、側面導体
層２ｃが半田に溶け込んで台座８へ濡れ広がらないこと
が確認できた。 【００３２】なお、本発明は上記実施の形態および実施
例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の変更や改良を施すことは何ら差し支えない。 【００３３】 【発明の効果】本発明のサブマウントは、ダイヤモンド
から成る略直方体の基材と、基材の上面に形成され、半
導体レーザ素子を半田を介して搭載するための上面導体
層と、基材の下面に形成され、半田を介して外部装置に
接合するための下面導体層と、基材の側面に形成され、
上面導体層および下面導体層を電気的に接続する側面導
体層と、側面導体層の少なくとも上下端の表面に形成さ
れた半田ダム層とを具備したことにより、ポンプＬＤ等
の半導体レーザ素子をサブマウントに半田付けして搭載
する際に、側面導体層の半田への溶融が阻止されるかま
たは極めて緩慢となり、半田中に側面導体層が殆ど溶け
込まなくなる。その結果、側面導体層が半田に溶け込ん
で半田のボリュームが増大して半導体レーザ素子に這い
上がって発光部を塞ぐことがなくなる。また、側面導体
層が半田に溶け込んで半田のボリュームが増大して台座
等の外部装置に濡れ広がり、側面導体層における導通抵
抗が増大することがなくなる。従って、大出力のポンプ
ＬＤ等の半導体レーザ素子の光特性が安定化することに
なる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサブマウントについて実施の形態の一
例を示す断面図である。 【図２】従来のサブマウントの断面図である。 【符号の説明】 １：サブマウント ２：導体層 ２ａ：上面導体層 ２ｂ：下面導体層 ２ｃ：側面導体層 ３：基材 ５：半田ダム層 ７：ポンプＬＤ
例を示す断面図である。 【図２】従来のサブマウントの断面図である。 【符号の説明】 １：サブマウント ２：導体層 ２ａ：上面導体層 ２ｂ：下面導体層 ２ｃ：側面導体層 ３：基材 ５：半田ダム層 ７：ポンプＬＤ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ダイヤモンドから成る略直方体の基材
と、該基材の上面に形成され、半導体レーザ素子が半田
を介して搭載される上面導体層と、前記基材の下面に形
成され、半田を介して外部装置に接合するための下面導
体層と、前記基材の側面に形成され、前記上面導体層お
よび前記下面導体層を電気的に接続する側面導体層と、
前記側面導体層の少なくとも上下端の表面に形成された
半田ダム層とを具備したことを特徴とするサブマウン
ト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002052426A JP2003258356A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | サブマウント |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002052426A JP2003258356A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | サブマウント |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003258356A true JP2003258356A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28664107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002052426A Pending JP2003258356A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | サブマウント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003258356A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013004571A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体レーザ装置 |
-
2002
- 2002-02-27 JP JP2002052426A patent/JP2003258356A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013004571A (ja) * | 2011-06-13 | 2013-01-07 | Hamamatsu Photonics Kk | 半導体レーザ装置 |
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