JP2005064136A - Method for manufacturing nitride semiconductor laser device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device that can easily control the outgoing position of a laser and is superior in yield. <P>SOLUTION: Solder is adhered in advance to the supporting substrate (102) of a stem (601), a nitride semiconductor laser chip (401) is mounted thereto, and then the solder is melted to fix the nitride semiconductor laser chip (401) on the supporting substrate (102). The thickness of the solder adhered to the supporting substrate (102) is ≥0.2 μm and ≤20 μm, and the thickness thereof after the nitride semiconductor laser chip (401) is fixed is ≥0.1 μm and ≤5 μm. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ装置の製造方法に関し、特に、窒化物半導体レーザダイオードの支持部材へのハンダ付けの方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device, and more particularly to a method for soldering a nitride semiconductor laser diode to a support member.

現在、青色から紫外線領域に及ぶ発光材料として窒化物半導体を用いたレーザ装置が開発、実用化されつつある。しかしながら、実際の製造工程において、様々な問題が生じている。中でも、レーザダイオードチップ(以下、LDチップ)とマウント部材(ステム、またはサブマウント)を結合させる実装工程における問題が顕著であり、窒化物半導体レーザ装置の製造における歩留まりの低下の一因となっている。   Currently, laser devices using nitride semiconductors as light emitting materials ranging from blue to ultraviolet are being developed and put into practical use. However, various problems occur in the actual manufacturing process. In particular, a problem in a mounting process for coupling a laser diode chip (hereinafter referred to as an LD chip) and a mount member (stem or submount) is remarkable, which contributes to a decrease in yield in the manufacture of a nitride semiconductor laser device. Yes.

サブマウントを使用せず、ステムへ窒化物半導体LDチップを搭載した構成を例にとって、従来の半導体レーザ装置について説明する。図9は、従来の窒化物半導体レーザ装置の概略図である。図9において、911はp型電極、912はn型電極、901は導電性基板、902は半導体成長層、903(=901+902)は半導体LDチップ、905はハンダ、906は金属膜(半導体LDチップのn型電極側)、908はステムの支持基体である。   A conventional semiconductor laser device will be described by taking as an example a configuration in which a nitride semiconductor LD chip is mounted on a stem without using a submount. FIG. 9 is a schematic view of a conventional nitride semiconductor laser device. In FIG. 9, 911 is a p-type electrode, 912 is an n-type electrode, 901 is a conductive substrate, 902 is a semiconductor growth layer, 903 (= 901 + 902) is a semiconductor LD chip, 905 is solder, 906 is a metal film (semiconductor) Reference numeral 908 denotes a stem support substrate.

上記半導体LDチップをステムへマウントする方法を説明する。図10は、マウント前の窒化物半導体レーザ装置の概略図である。ステムの支持基体908、及びハンダ905の原形であるハンダ箔1005を100℃から400℃程度の範囲で加熱して(このとき、半導体LDチップは加熱しても、あるいは加熱しなくともよい)、ハンダ箔1005を溶融させ、半導体LDチップに圧力をかけて、半導体LDチップとステムを接合させる。   A method for mounting the semiconductor LD chip on the stem will be described. FIG. 10 is a schematic view of the nitride semiconductor laser device before mounting. The support substrate 908 of the stem and the solder foil 1005 which is the original form of the solder 905 are heated in a range of about 100 ° C. to 400 ° C. (At this time, the semiconductor LD chip may be heated or not heated) Solder foil 1005 is melted and pressure is applied to the semiconductor LD chip to bond the semiconductor LD chip and the stem.

一般に、半導体LDチップをステム等のマウント部材に搭載する際には、半導体LDチップとマウント部材の結合強度を確保し、半導体LDチップからマウント部材への熱伝導を良好にして半導体LDチップの放熱を高め、また、マウント部材に対する半導体LDチップの位置および向きを厳密に設定しなければならない。これらのいずれかが良好でなければ、得られる窒化物半導体レーザ装置が寿命の短いものとなったり、所定の方向にレーザ光を射出できない不良品となったりして、歩留まりが低下する。   Generally, when a semiconductor LD chip is mounted on a mount member such as a stem, the coupling strength between the semiconductor LD chip and the mount member is ensured, heat conduction from the semiconductor LD chip to the mount member is improved, and the semiconductor LD chip is dissipated. In addition, the position and orientation of the semiconductor LD chip with respect to the mount member must be strictly set. If any of these is not good, the nitride semiconductor laser device to be obtained has a short lifetime or becomes a defective product that cannot emit laser light in a predetermined direction, resulting in a decrease in yield.

特開平10−107384号公報では、酸化物を基板とする窒化物半導体LDチップを、結合強度が高く、放熱性も高いレーザ装置とするために、導電性の接着剤を用いることが提案されている。
特開平10−107384号公報
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 10-107384 proposes to use a conductive adhesive to make a nitride semiconductor LD chip having an oxide substrate as a laser device having high bonding strength and high heat dissipation. Yes.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-107384

本発明者は、In系、Ag系、Sn−Ag−Cu系、Sn系のハンダが窒化物半導体LDチップに対して、良好な熱抵抗が得られることを確認している。しかしながら、ハンダについては、箔状のものを作製する場合、厚さ40μm以上のものしか得られず、マウント時において、ハンダ箔が溶融し、半導体LDチップへ圧力をかける際に、半導体LDチップの位置がずれ、レーザ出射位置の制御が困難であった。   The inventor has confirmed that In-based, Ag-based, Sn-Ag-Cu-based, and Sn-based solders can obtain good thermal resistance with respect to the nitride semiconductor LD chip. However, when manufacturing a foil-shaped solder, only a solder having a thickness of 40 μm or more can be obtained. When mounting, the solder foil melts and pressure is applied to the semiconductor LD chip. The position was shifted and it was difficult to control the laser emission position.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、レーザ出射位置制御に関する歩留まりの良好な窒化物半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device with a good yield for laser emission position control.

上記目的を達成するために、本発明では、窒化物半導体レーザダイオードを支持部材に搭載した窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、ハンダにより窒化物半導体レーザダイオードを支持部材に固定するものにおいて、支持部材のうち窒化物半導体レーザダイオードを搭載する部位に、厚さが0.2μm以上かつ20μm以下のハンダを付着させておき、該ハンダを溶融させて窒化物半導体レーザダイオードを固定するようにする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device in which a nitride semiconductor laser diode is mounted on a support member, wherein the nitride semiconductor laser diode is fixed to the support member by soldering. A solder having a thickness of 0.2 μm or more and 20 μm or less is attached to a portion of the support member where the nitride semiconductor laser diode is mounted, and the solder is melted to fix the nitride semiconductor laser diode. To do.

この方法では、マウント工程で、ハンダを溶融させて半導体LDチップに圧力をかけた際、ハンダが薄いために、半導体LDチップの位置ずれが小さく、レーザ出射位置の制御性が向上して、歩留まりが上がる。   In this method, when the solder is melted and pressure is applied to the semiconductor LD chip in the mounting process, since the solder is thin, the position shift of the semiconductor LD chip is small, the controllability of the laser emission position is improved, and the yield is increased. Goes up.

ここで、前記ハンダとして、In系、Ag系、Sn−Ag−Cu系およびSn系のうちの1種以上を含むハンダを用いるとよい。これらのハンダは良好な熱抵抗特性を有するため、半導体LDチップの放熱を良好に行うことができる。   Here, as the solder, a solder including one or more of In, Ag, Sn—Ag—Cu, and Sn may be used. Since these solders have good thermal resistance characteristics, the semiconductor LD chip can dissipate heat well.

窒化物半導体レーザダイオードを支持部材に固定した後の前記ハンダの厚さを0.1μm以上かつ5.0μm以下とするとよい。これにより、放熱が良好で、なおかつ、レーザ出射位置の制御性が向上した窒化物半導体レーザ装置を製造することができる。   The thickness of the solder after the nitride semiconductor laser diode is fixed to the support member is preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less. Thereby, it is possible to manufacture a nitride semiconductor laser device with good heat dissipation and improved controllability of the laser emission position.

前記ハンダは転写法により支持部材に付着させることができる。   The solder can be attached to the support member by a transfer method.

ここで、前記ハンダを、分子線エピタキシー法によりポリテトラフルオロエチレン製のテープ上に形成しておき、該テープ越しに超音波振動を加えて、支持部材に転写するとよい。このようにすると、生産性良く特性の良い窒化物形半導体レーザを実現することができる。   Here, the solder may be formed on a polytetrafluoroethylene tape by a molecular beam epitaxy method, and may be transferred to the support member by applying ultrasonic vibration through the tape. In this way, a nitride semiconductor laser with good productivity and good characteristics can be realized.

本発明において、マウント部材とは、半導体LDチップを直接積載するための部品を意味しており、例えば、半導体発光素子チップ用のサブマウントや、サブマウントを用いずに直接、保持体(ステム、フレームまたはパッケージ)に積載する場合においては、このステムの支持基体、フレームもしくはパッケージ自身を指している。   In the present invention, the mount member means a component for directly mounting a semiconductor LD chip. For example, a submount for a semiconductor light emitting element chip or a holder (stem, In the case of loading on a frame or a package, this means the support base of the stem, the frame or the package itself.

また、本発明において、ダイボンディング(またはマウント)とは、半導体LDチップをマウント部材にハンダ等を用いて接合することを指す。   In the present invention, die bonding (or mounting) refers to bonding a semiconductor LD chip to a mounting member using solder or the like.

また、本発明において、ハンダとは、半導体LDチップとマウント部材とを接合させるための、加熱により溶融し、常温に戻すことにより固化して接着性を示す金属を主成分とする材料である。   Further, in the present invention, the solder is a material mainly composed of a metal that melts by heating and solidifies by returning to room temperature and exhibits adhesiveness for joining the semiconductor LD chip and the mounting member.

また、本発明において、マウント面とは、半導体LDチップを保持体へマウントする際、ハンダを挟んで、保持体と対向する半導体LDチップの面のことを指す。   In the present invention, the mount surface refers to the surface of the semiconductor LD chip that faces the holder with the solder sandwiched when the semiconductor LD chip is mounted on the holder.

また、半導体LDチップとは、基板と半導体成長層を含めたものを指すが、基板、ないしは半導体成長層に電極や金属多層膜が形成されているときは、電極や金属多層膜を含む場合もある。   The semiconductor LD chip includes a substrate and a semiconductor growth layer. When an electrode or a metal multilayer film is formed on the substrate or the semiconductor growth layer, the semiconductor LD chip may include an electrode or a metal multilayer film. is there.

また、前掲の図9および図10では、p型電極とp型電極上の金属膜の区別をしているが、p型電極とは窒化物半導体のp型コンタクト層に接する金属層及び該金属層の外層の一部を指し、p型電極上の金属膜とは、マウント前に半導体LDチップのp型電極側の表面金属層、及び該表面金属層の内部金属層の一部を指し、厳密な区別はできない。   9 and 10, the p-type electrode is distinguished from the metal film on the p-type electrode. The p-type electrode refers to the metal layer in contact with the p-type contact layer of the nitride semiconductor and the metal Refers to a part of the outer layer of the layer, the metal film on the p-type electrode refers to the surface metal layer on the p-type electrode side of the semiconductor LD chip before mounting, and a part of the inner metal layer of the surface metal layer, There is no strict distinction.

また、本発明において、p型電極側の金属層とは、p型電極、及びp型電極上の金属膜の両方を合わせたものを指す。   In the present invention, the metal layer on the p-type electrode side refers to a combination of both the p-type electrode and the metal film on the p-type electrode.

また、本発明で用いる窒化物半導体とは、少なくともAlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)で構成された半導体である。さらに、窒化物半導体は、その構成成分である窒素元素の約20%以下が、As、PおよびSbの元素群のうちの1以上の元素で置換されても構わない。また、窒化物半導体中にSi、O、Cl、S、C、Ge、Zn、Cd、Mg、Beがドーピングされていても良い。 The nitride semiconductor used in the present invention is a semiconductor composed of at least Al x Ga y In z N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1, x + y + z = 1). . Further, in the nitride semiconductor, about 20% or less of the nitrogen element that is a constituent component thereof may be replaced with one or more elements of the element group of As, P, and Sb. Moreover, Si, O, Cl, S, C, Ge, Zn, Cd, Mg, and Be may be doped in the nitride semiconductor.

本発明によれば、熱特性及びレーザ出射位置制御性の優れた窒化物半導体のレーザ装置を製造することが可能である。   According to the present invention, it is possible to manufacture a nitride semiconductor laser device having excellent thermal characteristics and laser emission position controllability.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態では、最大膜厚部分が8μmのSn−3.0Ag−0.5Cuハンダが支持基体に転写されているステムを用いる場合を例に掲げる。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a case where a stem in which Sn-3.0Ag-0.5Cu solder having a maximum film thickness portion of 8 μm is transferred to a support base is used is taken as an example.

図1は、本実施形態におけるマウント前の窒化物半導体LD装置のチップ周辺の拡大模式図である。本実施形態では、半導体層の成長に有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いている。   FIG. 1 is an enlarged schematic view of the periphery of a chip of a nitride semiconductor LD device before mounting in the present embodiment. In this embodiment, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) is used for the growth of the semiconductor layer.

図1において、102はステムの支持基体の一部、101はステムに転写されたSn−3.0Ag−0.5Cuハンダである。また、122はn型電極上の金属多層膜、121はn型電極、111はn型GaN基板であり、基板側から順に、厚さ3μmのn型GaN層112、厚さ1.0μmのn型クラッド層113(n型Al0.1Ga0.9N)、厚さ0.1μmのn型ガイド層114(n型GaN)、活性層115(InGaN多重量子井戸構造)、厚さ0.03μmのp型蒸発防止層116(p型Al0.2Ga0.8N)、厚さ0.1μmのp型ガイド層117(p型GaN)、厚さ0.6μmのp型クラッド層118(p型Al0.1Ga0.9N)、厚さ0.1μmのp型コンタクト層119(p型GaN)が積層されており、さらにp型電極側の金属層(p型電極131、及びp型電極上の金属膜132)が形成されている。また、120は埋め込み領域(SiO2)、141はレーザ出射位置である。 In FIG. 1, reference numeral 102 denotes a part of the support substrate of the stem, and 101 denotes Sn-3.0Ag-0.5Cu solder transferred to the stem. Reference numeral 122 denotes a metal multilayer film on the n-type electrode, 121 denotes an n-type electrode, and 111 denotes an n-type GaN substrate. An n-type GaN layer 112 having a thickness of 3 μm and an n-type having a thickness of 1.0 μm are sequentially arranged from the substrate side. Type cladding layer 113 (n-type Al 0.1 Ga 0.9 N), 0.1 μm thick n-type guide layer 114 (n-type GaN), active layer 115 (InGaN multiple quantum well structure), 0.03 μm thick p-type Evaporation prevention layer 116 (p-type Al 0.2 Ga 0.8 N), p-type guide layer 117 having a thickness of 0.1 μm (p-type GaN), p-type cladding layer 118 having a thickness of 0.6 μm (p-type Al 0.1 Ga 0.9 N) ), A p-type contact layer 119 (p-type GaN) having a thickness of 0.1 μm is stacked, and a metal layer on the p-type electrode side (a p-type electrode 131 and a metal film 132 on the p-type electrode) is formed. Has been. Reference numeral 120 denotes a buried region (SiO 2 ), and 141 denotes a laser emission position.

また、n型電極121の層構造は、基板側からHf(0.05μm)、Al(0.15μm)であり、n型電極上の金属膜122を、基板側からMo(0.01μm)、Pt(0.10μm)、Au(0.15μm)の順で形成した。Hf/Alの層は、n型GaN基板とオーミックをとるための層であり、その上のMoはAuとAlのコンタミネーションを防止するブロック層、Auはワイヤーを打つための層である。   Further, the layer structure of the n-type electrode 121 is Hf (0.05 μm) and Al (0.15 μm) from the substrate side, and the metal film 122 on the n-type electrode is formed from Mo (0.01 μm), Pt (0.10 μm) and Au (0.15 μm) were formed in this order. The Hf / Al layer is a layer for ohmic contact with the n-type GaN substrate, Mo on the upper layer is a block layer for preventing contamination of Au and Al, and Au is a layer for hitting a wire.

前述のように、電極及び金属多層膜を形成した後、5×10-4Pa以下の圧力下、またはN2、Ar等の不活性ガス、O2のうち少なくとも1種以上を使用した雰囲気ガス中において、200℃以上、700℃以下の温度で、一定時間加熱処理を施しても良い。 As described above, after forming the electrode and the metal multilayer film, an atmospheric gas using a pressure of 5 × 10 −4 Pa or lower, or an inert gas such as N 2 or Ar, or at least one of O 2 is used. Inside, heat treatment may be performed at a temperature of 200 ° C. or higher and 700 ° C. or lower for a predetermined time.

なお、本実施形態では上記の材料で半導体LDチップを作製したが、材料はこれらに限るものではなく、成長用基板は、GaN以外の他の窒化物半導体材料を使用したり、また、窒化物に限らず、Si、SiC、ZrB2、GaAsを用いる等の変更が可能である。 In the present embodiment, the semiconductor LD chip is manufactured using the above materials. However, the materials are not limited to these, and the growth substrate may be made of a nitride semiconductor material other than GaN, or nitride. However, it is possible to change such as using Si, SiC, ZrB 2 , and GaAs.

また、成長層は窒化物半導体(例えばp型クラッド層118としてp型AlGaInN、活性層115としてGaInNAs、GaInNP等)を用いればよい。また、クラッド層に多重量子井戸を用いても良く、n型GaN層111とn型クラッド層113の間に、InGaNクラック防止層を挿入してもよい。このように、本実施形態に用いた半導体LDチップは、いわゆるリッジストライプ型構造を有している。   The growth layer may be made of a nitride semiconductor (for example, p-type AlGaInN as the p-type cladding layer 118, GaInNAs, GaInNP, etc. as the active layer 115). A multiple quantum well may be used for the cladding layer, and an InGaN crack prevention layer may be inserted between the n-type GaN layer 111 and the n-type cladding layer 113. As described above, the semiconductor LD chip used in this embodiment has a so-called ridge stripe structure.

以下に、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を説明する。初めに、半導体素子の製造に用いられているプロセスを適宜適用して、半導体LDウェハ上にLD半導体成長層を形成する。前述のように、本実施形態では、半導体層の成長にMOCVD法を用いている。   A method for manufacturing the semiconductor laser device of this embodiment will be described below. First, an LD semiconductor growth layer is formed on a semiconductor LD wafer by appropriately applying a process used for manufacturing a semiconductor element. As described above, in this embodiment, the MOCVD method is used for the growth of the semiconductor layer.

次に、n型GaN基板111の裏面側から、研磨もしくはエッチングにより、ウェハの厚さを、通常40〜200μm程度までに薄く調整する。これは、後の工程で、ウェハを分割し個々のLDチップに分割するのを容易にするためである。特に、レーザ共振器端面を分割により形成する場合には、25〜150μmと、薄めに調整することが望ましい。本実施形態においては、研削機を用いてウェハの厚さを約150μmに調整し、その後、研磨機を用いて約100μmまで調整した。ウェハの裏面は研磨機により磨かれているので平坦である。   Next, from the back side of the n-type GaN substrate 111, the thickness of the wafer is adjusted thinly to about 40 to 200 μm by polishing or etching. This is to make it easier to divide the wafer into individual LD chips in a later step. In particular, when the end face of the laser resonator is formed by division, it is desirable to adjust it to be as thin as 25 to 150 μm. In the present embodiment, the thickness of the wafer was adjusted to about 150 μm using a grinding machine, and then adjusted to about 100 μm using a polishing machine. Since the back surface of the wafer is polished by a polishing machine, it is flat.

図2は、上記の工程で得られた個々の半導体レーザ構造が多数形成された窒化物半導体LDウェハの模式図である。図2において、201はレーザ共振器端面、202はp型電極上の金属膜の表面、110は埋め込み領域、210はバー状に分割するための分割ライン、211はp型電極側の金属層(p型電極131、及びp型電極上の金属膜132)、212はn型電極側の金属層(n型電極121、及びn型電極上の金属膜122)である。   FIG. 2 is a schematic view of a nitride semiconductor LD wafer on which a large number of individual semiconductor laser structures obtained in the above process are formed. In FIG. 2, 201 is a laser resonator end face, 202 is a metal film surface on a p-type electrode, 110 is a buried region, 210 is a dividing line for dividing into bars, 211 is a metal layer on the p-type electrode side ( The p-type electrode 131 and the metal film 132 on the p-type electrode) and 212 are metal layers on the n-type electrode side (the n-type electrode 121 and the metal film 122 on the n-type electrode).

次に、この状態のウェハを、ストライプ方向と垂直な分割ライン210に沿って劈開またはエッチングして、バー状にする。   Next, the wafer in this state is cleaved or etched along the dividing line 210 perpendicular to the stripe direction to form a bar shape.

図3は窒化物半導体LDウェハを分割したLDバーの模式図である。図3において、201はレーザ共振器端面、202はp型電極上の金属膜の表面、110は埋め込み領域、310はチップに分割するための分割ラインである。   FIG. 3 is a schematic diagram of an LD bar obtained by dividing a nitride semiconductor LD wafer. In FIG. 3, 201 is a laser resonator end face, 202 is a metal film surface on a p-type electrode, 110 is a buried region, and 310 is a dividing line for dividing the chip.

このLDバーの状態において、レーザ共振器端面に、光学薄膜のコーティングを蒸着法により、片方の共振器の端面にSiO2層及びTiO2層を被覆して、多層膜を形成する。このときマウント面であるp型電極側にコーティングの誘電体膜がかからないようにする。 In this LD bar state, an optical thin film coating is deposited on the end face of the laser resonator by vapor deposition, and the end face of one of the resonators is covered with a SiO 2 layer and a TiO 2 layer to form a multilayer film. At this time, the dielectric film of the coating is not applied to the p-type electrode side which is the mount surface.

その後、図3の分割ライン310に沿って、LDバーを個々の半導体LDチップに分割し、図4(a)、図4(b)に示すような、窒化物半導体LDチップを得る。   Thereafter, the LD bar is divided into individual semiconductor LD chips along the dividing line 310 in FIG. 3 to obtain a nitride semiconductor LD chip as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b).

この分割工程は、以下のように実施した。裏面側を上にしてステージ上にLDバーを置き、光学顕微鏡を用い傷入れ位置をアライメントし、ウェハ裏面にダイヤモンドポイントでスクライブラインを入れた。それから、ウェハに適宜力を加え、スクライブラインに沿ってウェハを分割することで、幅400μm、共振器長600μmの窒化物半導体LDチップを作製した。   This dividing step was performed as follows. An LD bar was placed on the stage with the back side facing up, the scratch position was aligned using an optical microscope, and a scribe line was placed at the diamond point on the back side of the wafer. Then, a nitride semiconductor LD chip having a width of 400 μm and a resonator length of 600 μm was manufactured by appropriately applying a force to the wafer and dividing the wafer along a scribe line.

なお、ここでは、スクライビング法によるチップ分割工程について説明したが、基板裏面側から傷、溝等を入れてチップを分割する方法であっても構わない。他の手法として、ワイヤソーもしくは薄板ブレードを用いて傷入れもしくは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部にクラックを生じさせ、これをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照射し、この部分を蒸発させて溝入れ加工を行なう、レーザアブレーション法等を用いてもよい。   Here, the chip dividing step by the scribing method has been described, but a method of dividing the chip by inserting scratches, grooves or the like from the back side of the substrate may be used. Other methods include a dicing method in which a wire saw or thin blade is used to cut or cut, a laser beam such as an excimer laser, and subsequent rapid cooling to cause cracks in the irradiated area, which is used as a scribe line. A scribing method, a laser ablation method or the like in which laser irradiation with high energy density is performed and this portion is evaporated to perform grooving may be used.

図4において、(a)は、上記の方法で得られたマウント前の窒化物半導体LDチップの裏面側(GaN基板側)から見た模式図であり、(b)は、同半導体LDチップの表面側(成長層側)から見た模式図である。図4中、201はレーザ共振器の端面、401はn型電極上の金属膜の表面、110は埋め込み領域、202はp型電極上の金属膜の表面、402はLDチップ幅、403はLDチップ共振器長、410は上記全てを含めた半導体LDチップを示す。なお、埋め込み領域110は、基本的に絶縁性材料が望ましいが、リッジ部に電流が狭窄されるように、半導体成長層側の絶縁性が確保できれば、一部は伝導性があっても構わない。   4, (a) is a schematic view seen from the back side (GaN substrate side) of the nitride semiconductor LD chip before mounting obtained by the above method, and (b) is a diagram of the semiconductor LD chip. It is the schematic diagram seen from the surface side (growth layer side). In FIG. 4, 201 is the end face of the laser resonator, 401 is the surface of the metal film on the n-type electrode, 110 is the buried region, 202 is the surface of the metal film on the p-type electrode, 402 is the LD chip width, and 403 is the LD A chip resonator length, 410 indicates a semiconductor LD chip including all of the above. The buried region 110 is basically preferably made of an insulating material. However, a part of the buried region 110 may be conductive as long as the insulating property on the semiconductor growth layer side can be secured so that the current is confined in the ridge portion. .

ジャンクションダウンの場合、窒化物半導体LDチップのp型電極上の金属膜の表面202側(成長層側、p型電極側)がマウント面となる。本実施形態では、LDチップ幅402は400μm、LDチップ共振器長403は600μmとしている。   In the case of junction down, the surface 202 side (growth layer side, p-type electrode side) of the metal film on the p-type electrode of the nitride semiconductor LD chip becomes the mount surface. In this embodiment, the LD chip width 402 is 400 μm, and the LD chip resonator length 403 is 600 μm.

次に、ダイボンディング法により、半導体LDチップをステム上へ搭載した。ステムの支持基体へハンダを転写する方法を説明する。長さ500mm、幅800μm、厚さ5μmのテフロン(登録商標、化学名ポリテトラフルオロエチレン)製のテープを用意し、このテフロンテープに、分子線エピタキシー(MBE)法により、Sn−3.0Ag−0.5Cuハンダを厚さ8μm程度に蒸着する。   Next, a semiconductor LD chip was mounted on the stem by a die bonding method. A method for transferring solder to the support substrate of the stem will be described. A tape made of Teflon (registered trademark, chemical name: polytetrafluoroethylene) having a length of 500 mm, a width of 800 μm, and a thickness of 5 μm was prepared, and this Teflon tape was Sn-3.0Ag− by molecular beam epitaxy (MBE) method. 0.5 Cu solder is deposited to a thickness of about 8 μm.

その後、ハンダの付いたテフロンテープをMBE装置から取り出し、ステムの支持基体に位置を合わせる。位置合わせ後、テフロンテープ越しに(ハンダを蒸着していない面側から)、ハンダに80kHz程度の超音波振動を当てて、ステムの支持基体に、縦800μm×横800μm×厚さ8μmサイズのSn−3.0Ag−0.5Cuハンダを転写する。   Thereafter, the Teflon tape with solder is taken out from the MBE apparatus and aligned with the support substrate of the stem. After the alignment, the ultrasonic vibration of about 80 kHz is applied to the solder through the Teflon tape (from the surface where the solder is not deposited), and the stem support base is Sn 800 μm long × 800 μm wide × 8 μm thick. -3.0 Ag-0.5 Cu solder is transferred.

なお、ハンダの形成は上記以外に蒸着法、塗布法、スパッタ法、印刷法、メッキ法等を用いてもよい。   In addition to the above, solder may be formed by vapor deposition, coating, sputtering, printing, plating, or the like.

こうして、支持基体にハンダを付着させたステムに半導体LDチップを搭載して、窒化物半導体レーザ装置とする。図5、図6は、得られた窒化物半導体レーザ装置の模式図である。図5、図6において、102はステムの支持基体、101はSn−3.0Ag−0.5Cuハンダ、132はp型電極上の金属膜、131はp型電極、501は窒化物半導体LDチップの半導体成長層、111はn型GaN基板、121はn型電極、122はn型電極上の金属膜、511はp型電極用のワイヤ、141はレーザ出射位置、512はステムのピン、601はステム全体を指す。   In this way, the semiconductor LD chip is mounted on the stem with the solder attached to the support base to obtain a nitride semiconductor laser device. 5 and 6 are schematic views of the obtained nitride semiconductor laser device. 5 and 6, reference numeral 102 denotes a stem support base, 101 denotes Sn-3.0Ag-0.5Cu solder, 132 denotes a metal film on a p-type electrode, 131 denotes a p-type electrode, and 501 denotes a nitride semiconductor LD chip. , A n-type GaN substrate, 121 an n-type electrode, 122 a metal film on the n-type electrode, 511 a wire for a p-type electrode, 141 a laser emission position, 512 a stem pin, 601 Refers to the entire stem.

ステムに半導体LDチップを搭載する工程は、以下のように実施した。まず、半導体LDチップ410をn電極側を下にして、支持基体102のハンダ101が付着している面に載せる。次いで、250℃程度まで加熱し、Sn−3.0Ag−0.5Cuハンダ101が溶けたところで半導体LDチップ410に圧力をかけて、接合させる。   The process of mounting the semiconductor LD chip on the stem was performed as follows. First, the semiconductor LD chip 410 is placed on the surface of the support base 102 to which the solder 101 is attached, with the n-electrode side facing down. Subsequently, it is heated to about 250 ° C., and when the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder 101 is melted, pressure is applied to the semiconductor LD chip 410 to join it.

Sn−3.0Ag−0.5Cuハンダ101が固化した後、p型電極上の金属膜132表面からp型電極用ワイヤ511をステムのピン512へ繋いだ。このようにして、図6に示す窒化物半導体レーザ装置が得られた。なお、支持基体102はCuを主体とする金属からなり、その表面にPd膜/Au膜が順にメッキ形成されたものである。   After the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder 101 was solidified, the p-type electrode wire 511 was connected to the stem pin 512 from the surface of the metal film 132 on the p-type electrode. In this manner, the nitride semiconductor laser device shown in FIG. 6 was obtained. The support base 102 is made of a metal mainly composed of Cu, and a Pd film / Au film is sequentially formed on the surface thereof by plating.

図7は、レーザ出射位置の説明図である。601はステム、102はステムの支持基体、410は窒化物半導体LDチップである。設計レーザ出射方向と実際のレーザ出射方向とのずれをθとしており、また、設計レーザ出射位置からのX軸方向、Y軸方向のずれを図7のように設定する(矢印方向を+とする)。   FIG. 7 is an explanatory diagram of the laser emission position. Reference numeral 601 denotes a stem, reference numeral 102 denotes a stem support base, and reference numeral 410 denotes a nitride semiconductor LD chip. The deviation between the design laser emission direction and the actual laser emission direction is θ, and the deviation in the X-axis direction and Y-axis direction from the design laser emission position is set as shown in FIG. 7 (the arrow direction is +). ).

本実施形態の方法で作製した窒化物半導体レーザ装置(100個)の出射位置に関して、全て基準値(θは±2°以内、X軸、Y軸方向は±50μm以内)以内であった。
100個の平均値は、θは1.24、X軸方向のずれは11.9μm、Y軸方向のずれは11.3μmであった。
All the emission positions of the nitride semiconductor laser devices (100) manufactured by the method of this embodiment were within the reference values (θ is within ± 2 °, and the X-axis and Y-axis directions are within ± 50 μm).
As for the average value of 100, θ was 1.24, the deviation in the X-axis direction was 11.9 μm, and the deviation in the Y-axis direction was 11.3 μm.

また、放熱性は、熱抵抗(℃/W)を指標とし(電力を1W投入した場合の温度上昇を示す)、この値が小さい方が放熱性は良好である。本実施形態の窒化物半導体レーザ装置(35個平均)では、熱抵抗は9.6(℃/W)であった。   Further, the heat dissipation is based on the thermal resistance (° C./W) as an index (indicating a temperature increase when 1 W of electric power is input), and the smaller the value, the better the heat dissipation. In the nitride semiconductor laser device of this embodiment (average of 35), the thermal resistance was 9.6 (° C./W).

比較のために、背景技術で述べた従来の方法のように、厚さ50μmのSn−3.0Ag−0.5Cuハンダ箔を使用して、窒化物半導体レーザ装置を製造した。この場合、作製した窒化物半導体レーザ装置(100個)の出射位置に関して、基準値以内のものは63個であった。   For comparison, a nitride semiconductor laser device was manufactured using Sn-3.0Ag-0.5Cu solder foil having a thickness of 50 μm as in the conventional method described in the background art. In this case, regarding the emission positions of the manufactured nitride semiconductor laser devices (100), 63 were within the reference value.

従来の方法と比較して、本実施形態の方法がレーザ出射位置の制御性に関して良好である理由としては、ハンダの厚さが薄いために、溶融したハンダ上の窒化物半導体LDチップに圧力をかけても、位置ずれを抑えることができるためと考えられる。   Compared to the conventional method, the reason why the method of the present embodiment is better with respect to the controllability of the laser emission position is that the thickness of the solder is thin, so that the pressure is applied to the nitride semiconductor LD chip on the molten solder. This is considered to be because the positional deviation can be suppressed even if it is applied.

図8は、ステムに転写されたSn−3.0Ag−0.5Cuハンダの膜厚とレーザ出射位置に関する歩留まりとの関係を示すグラフである。グラフより、厚さが20μm(20000nm)以上であるとレーザ出射位置の制御が急激に低下することがわかる。また、0.2μm(200nm)以下であると接合強度が低下する。つまり、ハンダの厚さとしては、0.2μm以上かつ20μm以下である必要がある。   FIG. 8 is a graph showing the relationship between the film thickness of the Sn-3.0Ag-0.5Cu solder transferred to the stem and the yield with respect to the laser emission position. From the graph, it can be seen that when the thickness is 20 μm (20000 nm) or more, the control of the laser emission position rapidly decreases. Further, if it is 0.2 μm (200 nm) or less, the bonding strength is lowered. That is, the thickness of the solder needs to be 0.2 μm or more and 20 μm or less.

ハンダの種類と熱抵抗の関係を調べるために、ステムの支持基体に、最大膜厚部分が8μmのPb-Znハンダが転写されているステムを用いて、窒化物半導体レーザ装置を製造した。この窒化物半導体レーザ装置(35個平均)では、熱抵抗は21.9(℃/W)であった。   In order to investigate the relationship between the type of solder and the thermal resistance, a nitride semiconductor laser device was manufactured using a stem in which Pb—Zn solder having a maximum film thickness of 8 μm was transferred to a support base of the stem. In this nitride semiconductor laser device (average of 35), the thermal resistance was 21.9 (° C./W).

この例に比べて本実施形態の方法が熱抵抗が良好である理由は、ステム表面、ハンダ、n型電極、金属膜、及びGaN基板表面との相互作用が絡み合うため詳細は明らかでない。このため、個別に検討を行い、熱抵抗を比較する必要がある。ただし、Zn系ハンダに関しては、良好な熱抵抗が得られなかった。   The reason why the method of this embodiment has a better thermal resistance than this example is not clear in detail because the interaction with the stem surface, solder, n-type electrode, metal film, and GaN substrate surface is entangled. For this reason, it is necessary to examine individually and compare thermal resistance. However, good thermal resistance was not obtained for Zn solder.

熱抵抗が良好なハンダとしては、Sn−3.0Ag−0.5Cuだけでなく、Au−Sn(Au−30Sn、Au−90Sn等)、In−Sn、In−Ag、In−Ag−Pb、Sn、Sn−Pb、Sn−Sb、Sn−Ag、Sn−Sb、Sn−Ag−Pb、Sn−Ag−Cu、Sn−Pb−Sb、Pb−Sb、およびPb−Agがあり、これらを使用しても、本実施形態と同様の効果が得られる。   As solder with good thermal resistance, not only Sn-3.0Ag-0.5Cu but also Au-Sn (Au-30Sn, Au-90Sn, etc.), In-Sn, In-Ag, In-Ag-Pb, Sn, Sn-Pb, Sn-Sb, Sn-Ag, Sn-Sb, Sn-Ag-Pb, Sn-Ag-Cu, Sn-Pb-Sb, Pb-Sb, and Pb-Ag are used. Even in this case, the same effect as in the present embodiment can be obtained.

マウント時の荷重を変化させて、マウント後のハンダの厚さを変化させた。その結果、マウント後のハンダの厚さが0.1μm以下では、電流−電圧特性が劣化することが判明した。これは、ハンダの厚さを0.1μm以下にするために、マウント時の荷重を大きくした結果、LDチップに負荷がかかり、活性層近傍に欠陥等が導入されたためと考えられる。   The thickness of the solder after mounting was changed by changing the load at the time of mounting. As a result, it was found that the current-voltage characteristics deteriorate when the solder thickness after mounting is 0.1 μm or less. This is presumably because, as a result of increasing the mounting load in order to make the solder thickness 0.1 μm or less, a load was applied to the LD chip, and defects or the like were introduced in the vicinity of the active layer.

また、マウント後のハンダの厚さが5.0μm以上では、ハンダ中に空気泡等が導入され、ハンダ領域の熱伝導度が低下し、熱抵抗が20(℃/W)を超えてしまい、好ましくない。以上のことから、マウント後の前記ハンダの厚さは、0.1μm以上かつ5.0μm以下であることが好ましい。   In addition, when the solder thickness after mounting is 5.0 μm or more, air bubbles or the like are introduced into the solder, the thermal conductivity of the solder region is lowered, and the thermal resistance exceeds 20 (° C./W), It is not preferable. From the above, the thickness of the solder after mounting is preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less.

なお、本実施形態ではn型電極としてHf/Alを用いたが、Hf以外にTi、Co、Cu、Ag、Ir、Sc、Au、Cr、Mo、La、W、Al、Tl、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Pt、Ni、Pdとその化合物を用いてもよく、Al以外にAu、Ni、Ag、Ga、In、Sn、Pb、Sb、Zn、Si、Geとその化合物を用いてもよく、n型電極の膜厚も前述の値に限られるものではない。   In this embodiment, Hf / Al is used as the n-type electrode. However, in addition to Hf, Ti, Co, Cu, Ag, Ir, Sc, Au, Cr, Mo, La, W, Al, Tl, Y, La , Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Pt, Ni, Pd and compounds thereof may be used. Besides Al, Au, Ni, Ag, Ga, In, Sn, Pb, Sb, Zn, Si, Ge and their compounds may be used, and the film thickness of the n-type electrode is not limited to the above-mentioned value.

また、半導体LDチップは、特定の構造に限られるものではなく、基板として、Si、SiC、ZrB2、GaAsや他の窒化物半導体材料を用いる等の変更が可能であり、また、半導体成長層の材料系として、例えば、GaNαX1-α(0.51≦α≦1)(XはP、As、Sb、Bi等のうち少なくとも1種類以上を含む元素)、BNβX1-β(0.51≦β≦1)、AlγN1-γ(0.51≦γ≦1)、AlδGa1-δNεX1-ε(0<δ<1、0.51≦ε≦1)、InNζX1-ζ(0.51≦ζ≦1)、InηGa1-ηNμX1-μ(0<η<1、0.51≦μ≦1)、InνGaξAl1-ν-ξNτX1-τ(0<ν<1、0<ξ<1、0.51≦τ≦1)を用いてもよい。 Further, the semiconductor LD chip is not limited to a specific structure, and can be changed such as using Si, SiC, ZrB 2 , GaAs or other nitride semiconductor materials as a substrate, and a semiconductor growth layer For example, GaNαX 1- α (0.51 ≦ α ≦ 1) (X is an element including at least one of P, As, Sb, Bi, etc.), BNβX 1- β (0.51). ≦ β ≦ 1), AlγN 1- γ (0.51 ≦ γ ≦ 1), AlδGa 1- δNεX 1- ε (0 <δ < 1 , 0.51 ≦ ε ≦ 1), InNζX 1- ζ (0. 51 ≦ ζ ≦ 1), InηGa 1- ηNμX 1- μ (0 <η <1, 0.51 ≦ μ ≦ 1), InνGaξAl 1- ν - ξNτX 1- τ (0 <ν <1, 0 <ξ < 1, 0.51 ≦ τ ≦ 1) may be used.

また、半導体LDチップのp型電極側の埋め込み材料は、SiO、SiO2、TiO2、SiN、GaAs、GaP、GaN、InN等他の窒化物半導体を用いてもよい。 Further, as a filling material on the p-type electrode side of the semiconductor LD chip, other nitride semiconductors such as SiO, SiO 2 , TiO 2 , SiN, GaAs, GaP, GaN, and InN may be used.

また、p型電極がステム側に対向するようにステムの支持基体に搭載されるジャンクションダウン構造の場合においても、本発明の製造方法を採用することで、同様の効果が得られる。   In the case of a junction down structure in which the p-type electrode is mounted on the stem support base so that the p-type electrode faces the stem side, the same effect can be obtained by employing the manufacturing method of the present invention.

本発明は、レーザ装置の製造に利用され、特に、光記録媒体への情報記録に適する短波長のレーザ光を発する装置の製造に好適である。   The present invention is used for manufacturing a laser device, and is particularly suitable for manufacturing a device that emits a laser beam having a short wavelength suitable for recording information on an optical recording medium.

本発明の一実施形態で製造する窒化物半導体LD装置のチップ周辺の拡大模式図である。1 is an enlarged schematic view around a chip of a nitride semiconductor LD device manufactured according to an embodiment of the present invention. FIG. 半導体レーザ構造が多数形成された窒化物半導体LDウェハの模式図である。It is a schematic diagram of a nitride semiconductor LD wafer in which a number of semiconductor laser structures are formed. 窒化物半導体LDウェハを分割したLDバーの模式図である。It is a schematic diagram of the LD bar which divided | segmented the nitride semiconductor LD wafer. マウント前の窒化物半導体LDチップの裏面(GaN基板側)からの模式図(a)と、表面(成長層側)からの模式図(b)である。FIG. 4 is a schematic diagram (a) from the back surface (GaN substrate side) of the nitride semiconductor LD chip before mounting, and a schematic diagram (b) from the front surface (growth layer side). 窒化物半導体レーザ装置の模式図である。It is a schematic diagram of a nitride semiconductor laser device. 窒化物半導体レーザ装置の模式図である。It is a schematic diagram of a nitride semiconductor laser device. 窒化物半導体レーザ装置のレーザ出射位置の説明図である。It is explanatory drawing of the laser emission position of a nitride semiconductor laser apparatus. ステムに転写したSn−3.0Ag−0.5Cuハンダの膜厚とレーザ出射位置に関する歩留まりとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the film thickness of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder transcribe | transferred to the stem, and the yield regarding a laser emission position. 従来の窒化物半導体レーザ装置の概略図である。It is the schematic of the conventional nitride semiconductor laser apparatus. 従来の窒化物半導体レーザ装置のマウント前の概略図である。It is the schematic before the mounting of the conventional nitride semiconductor laser apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

101 Sn−3.0Ag−0.5Cuハンダ
102 ステムの支持基体の一部
111 n型GaN基板
112 n型GaN層
113 n型クラッド層
114 n型ガイド層
115 活性層
116 p型蒸発防止層
117 p型ガイド層
118 p型クラッド層
119 p型コンタクト層
120 埋め込み領域
121 n型電極
122 n型電極上の金属多層膜
131 p型電極
132 p型電極上の金属膜
141 レーザ出射位置
201 レーザ共振器端面
202 p型電極上の金属膜の表面
210 バー状に分割するための分割ライン
211 p型電極側の金属層
212 n型電極側の金属層
310 チップに分割するための分割ライン
401 n型電極上の金属膜の表面、
402 LDチップ幅
403 LDチップ共振器長
410 窒化物半導体LDチップ
501 窒化物半導体LDチップの半導体成長層
511 p型電極用のワイヤ
512 ステムのピン
601 ステム
901 導電性基板
902 半導体成長層
903 半導体LDチップ
905 ハンダ
906 金属膜(半導体LDチップのn電極側)
908 ステムの支持基体
911 p型電極
912 n型電極
1005 ハンダ箔
101 Sn-3.0Ag-0.5Cu solder 102 Part of support base of stem 111 n-type GaN substrate 112 n-type GaN layer 113 n-type clad layer 114 n-type guide layer 115 active layer 116 p-type evaporation prevention layer 117 p Type guide layer 118 P-type cladding layer 119 P-type contact layer 120 Embedded region 121 N-type electrode 122 Metal multilayer film on n-type electrode 131 P-type electrode 132 Metal film on p-type electrode 141 Laser emission position 201 Laser resonator end face 202 Surface of metal film on p-type electrode 210 Dividing line for dividing into bar shape 211 Metal layer on p-type electrode side 212 Metal layer on n-type electrode side 310 Dividing line for dividing into chips 401 On n-type electrode Metal film surface,
402 LD chip width 403 LD chip resonator length 410 Nitride semiconductor LD chip 501 Semiconductor growth layer of nitride semiconductor LD chip 511 Wire for p-type electrode 512 Stem pin 601 Stem 901 Conductive substrate 902 Semiconductor growth layer 903 Semiconductor LD Chip 905 Solder 906 Metal film (n-electrode side of semiconductor LD chip)
908 Stem support base 911 P-type electrode 912 N-type electrode 1005 Solder foil

Claims (5)

窒化物半導体レーザダイオードを支持部材に搭載した窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、ハンダにより窒化物半導体レーザダイオードを支持部材に固定するものにおいて、
支持部材のうち窒化物半導体レーザダイオードを搭載する部位に、厚さが0.2μm以上かつ20μm以下のハンダを付着させておき、該ハンダを溶融させて窒化物半導体レーザダイオードを固定することを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device in which a nitride semiconductor laser diode is mounted on a support member, wherein the nitride semiconductor laser diode is fixed to the support member by soldering,
Solder having a thickness of 0.2 μm or more and 20 μm or less is attached to a portion of the support member where the nitride semiconductor laser diode is mounted, and the nitride semiconductor laser diode is fixed by melting the solder. A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device.
前記ハンダとして、In系、Ag系、Sn−Ag−Cu系およびSn系のうちの1種以上を含むハンダを用いることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。 2. The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a solder containing one or more of In, Ag, Sn—Ag—Cu, and Sn is used as the solder. 窒化物半導体レーザダイオードを支持部材に固定した後の前記ハンダの厚さを0.1μm以上かつ5.0μm以下とすることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the solder after the nitride semiconductor laser diode is fixed to the support member is 0.1 μm or more and 5.0 μm or less. 前記ハンダを転写法により支持部材に付着させることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the solder is attached to a support member by a transfer method. 前記ハンダを、分子線エピタキシー法によりポリテトラフルオロエチレン製のテープ上に形成しておき、該テープ越しに超音波振動を加えて、支持部材に転写することを特徴とすることを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。 The solder is formed on a tape made of polytetrafluoroethylene by a molecular beam epitaxy method, and ultrasonic vibration is applied through the tape to transfer it to a support member. Item 5. A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to Item 4.
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