JP2009059904A - Sub-mount and semiconductor device equipped with it - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、サブマウントおよびそれを備えた半導体装置に関し、特に、半導体レーザ素子などの半導体素子を搭載するためのサブマウントおよびそれを備えた半導体装置に関する。 The present invention relates to a submount and a semiconductor device including the submount, and more particularly to a submount for mounting a semiconductor element such as a semiconductor laser element and a semiconductor device including the submount.
従来、半導体素子を搭載するためのサブマウントが知られている（たとえば、特許文献１参照）。この特許文献１には、３μｍ〜５μｍの平均粒径を有する窒化アルミニウム結晶粒子を含むＡｌＮ基板と、ＡｌＮ基板上に配置された金属薄膜とを備えた薄膜基板（サブマウント）が開示されている。この薄膜基板では、ＡｌＮ基板は、１つの層からなる。
上記特許文献１に開示された薄膜基板（サブマウント）では、ＡｌＮ基板の窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が３μｍ〜５μｍと比較的小さい。窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が小さくなるにしたがって、ＡｌＮ基板の熱伝導率が小さくなるので、上記特許文献１では、薄膜基板の放熱特性が低下するという問題点がある。 In the thin film substrate (submount) disclosed in Patent Document 1, the average particle diameter of the aluminum nitride crystal particles of the AlN substrate is relatively small, 3 μm to 5 μm. Since the thermal conductivity of the AlN substrate is reduced as the average particle size of the aluminum nitride crystal particles is reduced, the above-mentioned Patent Document 1 has a problem that the heat dissipation characteristics of the thin film substrate are lowered.
これを解決するために、窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径を大きくした場合、ＡｌＮ基板の熱伝導率を大きくすることができるので、薄膜基板の放熱特性を向上させることができる。 In order to solve this problem, when the average particle size of the aluminum nitride crystal particles is increased, the thermal conductivity of the AlN substrate can be increased, so that the heat dissipation characteristics of the thin film substrate can be improved.
しかしながら、窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が大きくなるにしたがって、ＡｌＮ基板の外形精度が低下するので、薄膜基板の外形精度が低下するという問題点がある。具体的には、ＡｌＮ基板を形成する際の研磨工程や分割（ダイシング）工程において、ＡｌＮ基板の表面から窒化アルミニウム結晶粒子が脱落するので、ＡｌＮ基板の表面に凹凸が形成される。このため、窒化アルミニウム結晶粒子の平均粒径が大きくなるにしたがって、ＡｌＮ基板の表面の凹凸が大きくなり、ＡｌＮ基板の外形精度が低下する。また、ＡｌＮ基板の表面の凹凸が大きくなるにしたがって、ＡｌＮ基板の表面に欠けが発生しやすくなるので、これによってもＡｌＮ基板の外形精度が低下する。このように、ＡｌＮ基板の外形精度が低下することにより、薄膜基板の面方向の外形精度が低下した場合、薄膜基板上に半導体素子を搭載する際に、薄膜基板の位置決め精度が低下するので、半導体素子の薄膜基板に対する搭載精度が低下するという不都合がある。 However, as the average particle size of the aluminum nitride crystal particles is increased, the outer shape accuracy of the AlN substrate is lowered, so that the outer shape accuracy of the thin film substrate is lowered. Specifically, in the polishing process and the dividing (dicing) process when forming the AlN substrate, the aluminum nitride crystal particles fall off from the surface of the AlN substrate, so that irregularities are formed on the surface of the AlN substrate. For this reason, as the average particle size of the aluminum nitride crystal particles increases, the unevenness of the surface of the AlN substrate increases, and the outer accuracy of the AlN substrate decreases. Further, as the unevenness on the surface of the AlN substrate increases, chipping is likely to occur on the surface of the AlN substrate, which also reduces the external accuracy of the AlN substrate. Thus, when the external accuracy of the surface direction of the thin film substrate decreases due to the decrease in the external accuracy of the AlN substrate, the positioning accuracy of the thin film substrate decreases when the semiconductor element is mounted on the thin film substrate. There is a disadvantage in that the mounting accuracy of the semiconductor element on the thin film substrate is lowered.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、放熱特性と外形精度とを向上させることが可能なサブマウントおよびそれを備えた半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a submount capable of improving heat dissipation characteristics and external accuracy, and a semiconductor device including the submount. It is to be.
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面によるサブマウントは、第１平均粒径を有する第１粒子を含む第１の層と、第１の層上に配置され、第１平均粒径とは異なる第２平均粒径を有する第２粒子を含む第２の層とを備えている。 To achieve the above object, a submount according to a first aspect of the present invention includes a first layer including first particles having a first average particle diameter, and a first average disposed on the first layer. And a second layer including second particles having a second average particle size different from the particle size.
この第１の局面によるサブマウントでは、上記のように、第１平均粒径を有する第１粒子を含む第１の層と、第１平均粒径とは異なる第２平均粒径を有する第２粒子を含む第２の層とを設けることによって、例えば、第１粒子の第１平均粒径を第２粒子の第２平均粒径よりも大きくした場合、第１の層の熱伝導率を第２の層の熱伝導率よりも大きくすることができる。これにより、サブマウントを第２の層のみにより形成する場合に比べて、サブマウントの放熱特性を向上させることができる。 In the submount according to the first aspect, as described above, the first layer including the first particles having the first average particle diameter and the second layer having the second average particle diameter different from the first average particle diameter. By providing the second layer containing particles, for example, when the first average particle size of the first particles is larger than the second average particle size of the second particles, the thermal conductivity of the first layer is It can be greater than the thermal conductivity of the two layers. Thereby, the heat dissipation characteristics of the submount can be improved as compared with the case where the submount is formed of only the second layer.
また、第１粒子の第１平均粒径を第２粒子の第２平均粒径よりも大きくした場合、第２粒子の第２平均粒径を小さくすることができるので、サブマウントを形成する際の研磨工程や分割（ダイシング）工程において、第２の層の表面に大きな凹凸が形成されるのを抑制することができるとともに、第２の層の表面に欠けが発生するのも抑制することができる。これにより、第２の層の外形精度を向上させることができるので、第２の層上に半導体素子を搭載する際に第２の層を基準にしてサブマウントの位置決めを行えば、サブマウントの位置決め精度を向上させることができる。その結果、半導体素子のサブマウントに対する搭載精度を向上させることができる。また、第２の層の表面に大きな凹凸が形成されるのを抑制することができるので、第２の層の表面に異物などが付着するのを抑制することができる。 In addition, when the first average particle size of the first particles is larger than the second average particle size of the second particles, the second average particle size of the second particles can be reduced. In the polishing step and the division (dicing) step, it is possible to suppress the formation of large irregularities on the surface of the second layer and to suppress the occurrence of chipping on the surface of the second layer. it can. As a result, the external accuracy of the second layer can be improved. Therefore, when the submount is positioned with reference to the second layer when the semiconductor element is mounted on the second layer, Positioning accuracy can be improved. As a result, the mounting accuracy with respect to the submount of the semiconductor element can be improved. Moreover, since it can suppress that a large unevenness | corrugation is formed on the surface of a 2nd layer, it can suppress that a foreign material etc. adhere to the surface of a 2nd layer.
また、第１の局面によるサブマウントでは、上記のように、第１平均粒径を有する第１粒子を含む第１の層と、第１平均粒径とは異なる第２平均粒径を有する第２粒子を含む第２の層とを設けることによって、第１の層と第２の層との厚みの比率を制御することにより、サブマウントの放熱特性および厚みを所望の値に制御することができる。 In the submount according to the first aspect, as described above, the first layer including the first particles having the first average particle diameter and the second layer having a second average particle diameter different from the first average particle diameter are used. By providing the second layer containing two particles, the heat dissipation characteristics and thickness of the submount can be controlled to desired values by controlling the thickness ratio between the first layer and the second layer. it can.
上記第１の局面によるサブマウントにおいて、好ましくは、第１粒子の第１平均粒径は、第２粒子の第２平均粒径よりも大きい。このように構成すれば、第１の層の熱伝導率を第２の層の熱伝導率よりも容易に大きくすることができる。これにより、サブマウントを第２の層のみにより形成する場合に比べて、サブマウントの放熱特性を容易に向上させることができる。また、第１粒子の第１平均粒径を、第２粒子の第２平均粒径よりも大きくすることによって、第２粒子の第２平均粒径を容易に小さくすることができるので、第２の層の外形精度を容易に向上させることができる。これにより、半導体素子のサブマウントに対する搭載精度を容易に向上させることができる。 In the submount according to the first aspect, preferably, the first average particle size of the first particles is larger than the second average particle size of the second particles. If comprised in this way, the heat conductivity of a 1st layer can be easily made larger than the heat conductivity of a 2nd layer. This makes it possible to easily improve the heat dissipation characteristics of the submount as compared with the case where the submount is formed only by the second layer. In addition, since the second average particle size of the second particles can be easily reduced by making the first average particle size of the first particles larger than the second average particle size of the second particles, the second The external accuracy of the layer can be easily improved. Thereby, the mounting precision with respect to the submount of a semiconductor element can be improved easily.
上記第１粒子の第１平均粒径が第２粒子の第２平均粒径よりも大きいサブマウントにおいて、好ましくは、第２の層の厚みは、第１の層の厚み以下である。このように構成すれば、熱伝導率の比較的大きな第１の層の厚みを大きくすることができるので、サブマウントの放熱特性をより向上させることができる。また、熱伝導率の比較的小さな第２の層の厚みを小さくすることができるので、第２の層の厚みが大きい場合に比べて、サブマウントの放熱特性が低下するのを抑制することができる。また、第２の層の厚みを小さくすることができるので、サブマウントの厚みが大きくなるのを抑制することができる。 In the submount in which the first average particle size of the first particles is larger than the second average particle size of the second particles, the thickness of the second layer is preferably equal to or less than the thickness of the first layer. If comprised in this way, since the thickness of the 1st layer with comparatively large heat conductivity can be enlarged, the thermal radiation characteristic of a submount can be improved more. In addition, since the thickness of the second layer having a relatively low thermal conductivity can be reduced, it is possible to suppress the deterioration of the heat dissipation characteristics of the submount compared to the case where the thickness of the second layer is large. it can. In addition, since the thickness of the second layer can be reduced, it is possible to suppress an increase in the thickness of the submount.
上記第１粒子の第１平均粒径が第２粒子の第２平均粒径よりも大きいサブマウントにおいて、好ましくは、第２の層上に配置された電極層と、電極層上の所定領域に配置されたバリア層と、バリア層上に配置された接着層とを備えている。このように構成すれば、バリア層により電極層と接着層とが接触するのを抑制することができるので、接着層を溶融して接着層上に半導体素子を搭載する際に、接着層が電極層に濡れ拡がるのを抑制することができる。また、第２粒子の第２平均粒径を第１粒子の第１平均粒径よりも小さくすることにより第２の層の表面（上面）に形成される凹凸が大きくなるのを抑制することができるので、第２の層上に、電極層と、バリア層と、接着層とを設けることによって、第２の層上に配置された電極層およびバリア層の表面の凹凸が大きくなるのを抑制することができる。これにより、電極層およびバリア層の表面の凹凸が大きい場合に比べて、バリア層上の接着層とバリア層下の電極層とが接近しすぎるのを抑制することができる。その結果、接着層が電極層に接触するのをより抑制することができるので、接着層を溶融して接着層上に半導体素子を搭載する際に、接着層が電極層に濡れ拡がるのをより抑制することができる。この場合、半導体素子の搭載前後における接着層の厚みの変化量を一定にすることができるので、半導体素子のサブマウントの厚み方向に対する搭載精度を向上させることができる。 In the submount in which the first average particle size of the first particles is larger than the second average particle size of the second particles, preferably, an electrode layer disposed on the second layer and a predetermined region on the electrode layer A barrier layer disposed and an adhesive layer disposed on the barrier layer are provided. If comprised in this way, it can suppress that an electrode layer and an adhesive layer contact by a barrier layer, Therefore When an adhesive layer is melted and a semiconductor element is mounted on an adhesive layer, an adhesive layer is an electrode. It is possible to suppress wetting and spreading to the layer. Moreover, it can suppress that the unevenness | corrugation formed in the surface (upper surface) of a 2nd layer becomes large by making the 2nd average particle diameter of a 2nd particle smaller than the 1st average particle diameter of a 1st particle. Therefore, by providing the electrode layer, the barrier layer, and the adhesive layer on the second layer, it is possible to suppress the surface irregularities of the electrode layer and the barrier layer disposed on the second layer from increasing. can do. Thereby, compared with the case where the unevenness | corrugation of the surface of an electrode layer and a barrier layer is large, it can suppress that the contact bonding layer on a barrier layer and the electrode layer under a barrier layer approach too much. As a result, it is possible to further suppress the contact of the adhesive layer with the electrode layer. Therefore, when the adhesive layer is melted and a semiconductor element is mounted on the adhesive layer, the adhesive layer is less likely to spread on the electrode layer. Can be suppressed. In this case, since the amount of change in the thickness of the adhesive layer before and after the semiconductor element is mounted can be made constant, the mounting accuracy of the semiconductor element in the thickness direction of the submount can be improved.
上記第１の局面によるサブマウントにおいて、好ましくは、第１粒子および第２粒子は、窒化アルミニウムからなる。このように構成すれば、良好な放熱特性を有するサブマウントを容易に得ることができる。また、第１粒子および第２粒子を、窒化アルミニウムにより構成することによって、第１の層および第２の層を同一の材料により形成することができる。これにより、第１の層と第２の層との密着強度が低下するのを容易に抑制することができる。 In the submount according to the first aspect, preferably, the first particles and the second particles are made of aluminum nitride. If comprised in this way, the submount which has a favorable heat dissipation characteristic can be obtained easily. Moreover, the first layer and the second particle are made of aluminum nitride, whereby the first layer and the second layer can be formed of the same material. Thereby, it can suppress easily that the adhesive strength of a 1st layer and a 2nd layer falls.
この発明の第２の局面による半導体装置は、請求項１〜５のいずれか１に記載のサブマウントと、サブマウント上に配置される半導体素子とを備えている。このように構成すれば、放熱特性と外形精度とを向上させることが可能な半導体装置を得ることができる。 A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes the submount according to any one of claims 1 to 5 and a semiconductor element disposed on the submount. If comprised in this way, the semiconductor device which can improve a thermal radiation characteristic and an external precision can be obtained.
以上のように、本発明によれば、放熱特性と外形精度とを向上させることが可能なサブマウントおよびそれを備えた半導体装置を容易に得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to easily obtain a submount capable of improving heat dissipation characteristics and external accuracy and a semiconductor device including the submount.
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるサブマウントを備えた半導体レーザ装置の全体構造を示した断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態によるサブマウントの構造を示した拡大断面図である。図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態によるサブマウント１０を備えた半導体レーザ装置１の構造について説明する。なお、半導体レーザ装置１は、本発明の「半導体装置」の一例である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a sectional view showing the entire structure of a semiconductor laser device having a submount according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is an enlarged sectional view showing the structure of the submount according to the first embodiment shown in FIG. With reference to FIGS. 1 and 2, the structure of the semiconductor laser device 1 including the
本発明の第１実施形態による半導体レーザ装置１は、図１に示すように、サブマウント１０と、サブマウント１０上に配置された半導体レーザ素子２０と、サブマウント１０上に接続されたＡｕワイヤー３０とを備えている。なお、半導体レーザ素子２０は、本発明の「半導体素子」の一例である。
As shown in FIG. 1, the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment of the present invention includes a
ここで、第１実施形態では、サブマウント１０は、窒化アルミニウム層１１および１２と、窒化アルミニウム層１２上に配置された電極層１３と、電極層１３の上面上の所定領域に配置された半田層１４と、窒化アルミニウム層１１の下面上に配置された金属層１５とによって構成されている。なお、窒化アルミニウム層１１は、本発明の「第１の層」の一例であり、窒化アルミニウム層１２は、本発明の「第２の層」の一例である。
Here, in the first embodiment, the
また、第１実施形態では、窒化アルミニウム層１１および１２は、窒化アルミニウムからなる結晶粒子（以下、「窒化アルミニウム粒子」という）が焼結されることにより形成されている。 In the first embodiment, the aluminum nitride layers 11 and 12 are formed by sintering crystal grains made of aluminum nitride (hereinafter referred to as “aluminum nitride particles”).
また、第１実施形態では、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子は、約３０μｍ〜約５０μｍの平均粒径を有する。また、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子は、約５μｍ〜約２０μｍの平均粒径を有する。即ち、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約３０μｍ〜約５０μｍ）は、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約５μｍ〜約２０μｍ）よりも大きい。なお、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子は、本発明の「第１粒子」の一例であり、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子は、本発明の「第２粒子」の一例である。また、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約３０μｍ〜約５０μｍ）は、本発明の「第１平均粒径」の一例であり、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約５μｍ〜約２０μｍ）は、本発明の「第２平均粒径」の一例である。
In the first embodiment, the aluminum nitride particles of the
また、窒化アルミニウム層１１は、約２３０Ｗ／ｍ・ｋ〜約２５０Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有する。また、窒化アルミニウム層１２は、約２００Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有する。即ち、窒化アルミニウム層１１の熱伝導率（約２３０Ｗ／ｍ・ｋ〜約２５０Ｗ／ｍ・ｋ）は、窒化アルミニウム層１２の熱伝導率（約２００Ｗ／ｍ・ｋ）よりも大きい。
The
また、図２に示すように、窒化アルミニウム層１１の側面には、Ｗ１（＝約３０μｍ〜約５０μｍ）の深さを有する凹凸が形成されている。また、窒化アルミニウム層１２の側面および上面には、Ｗ２（＝約５μｍ〜約２０μｍ）の深さを有する凹凸が形成されている。即ち、窒化アルミニウム粒子の平均粒径が比較的大きい窒化アルミニウム層１１の表面（側面）の凹凸は、窒化アルミニウム粒子の平均粒径が比較的小さい窒化アルミニウム層１２の表面（側面および上面）の凹凸よりも大きい。これは、窒化アルミニウム層１１および１２の凹凸は、窒化アルミニウム層１１および１２を重ね合わせた状態で焼結した後、表面（上面）を研磨する工程や分割（ダイシング）する工程において、窒化アルミニウム粒子が脱落することにより形成されるためである。したがって、第１実施形態では、窒化アルミニウム層１２の面方向（矢印Ａ方向）の外形精度は、窒化アルミニウム層１１の面方向の外形精度よりも良好である。
Further, as shown in FIG. 2, unevenness having a depth of W1 (= about 30 μm to about 50 μm) is formed on the side surface of the
また、窒化アルミニウム層１１および１２の表面の凹凸が大きくなるにしたがって、窒化アルミニウム層１１および１２の表面に欠けが発生しやすくなる。これによっても、窒化アルミニウム層１２の面方向（矢印Ａ方向）の外形精度は、窒化アルミニウム層１１の面方向の外形精度よりも良好となる。
Further, as the irregularities on the surfaces of the aluminum nitride layers 11 and 12 become larger, the surfaces of the aluminum nitride layers 11 and 12 are more likely to be chipped. Also by this, the external accuracy of the
また、第１実施形態では、窒化アルミニウム層１１は、約０．１ｍｍ〜約０．４ｍｍの厚みを有し、窒化アルミニウム層１２は、約０．１ｍｍの厚みを有する。即ち、図１に示すように、窒化アルミニウム層１２の厚み（約０．１ｍｍ）は、窒化アルミニウム層１１の厚み（約０．１ｍｍ〜約０．４ｍｍ）以下である。なお、窒化アルミニウム層１１の厚みを約０．４ｍｍに近づければ、サブマウント１０の放熱特性をより向上させることが可能であり、窒化アルミニウム層１１の厚みを約０．１ｍｍに近づければ、サブマウント１０の厚みをより小さくすることが可能である。
In the first embodiment, the
電極層１３は、窒化アルミニウム層１２側から順にＴｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層が蒸着されることにより形成されている。また、電極層１３は、約０．１μｍの厚みを有する。また、電極層１３は、図２に示すように、窒化アルミニウム層１２の上面の凹凸に沿って、凹凸形状になるように形成されている。
The
半田層１４は、約１μｍ〜約５μｍの厚みを有する。また、半田層１４は、電極層１３の上面上の所定領域に蒸着されることにより形成されている。具体的には、半田層１４を形成する場合、電極層１３の上面上の周辺領域にレジスト（図示せず）を形成した後、周辺領域以外の領域（所定領域）に半田を蒸着する。そして、レジスト（図示せず）を除去することにより、半田層１４を形成する。
The
また、半田層１４は、電極層１３の上面に対して濡れ拡がった状態で接合されている。これは、半導体レーザ素子２０を半田層１４に接合する際に、半田層１４が溶融されて電極層１３の上面に対して濡れ拡がるためである。
The
金属層１５は、Ａｕ層などが蒸着されることにより形成されている。また、金属層１５は、サブマウント１０をメイン基板（図示せず）などに強固に固定するために設けられている。
The
半導体レーザ素子２０は、半導体層２１と、半導体層２１の一方面（主面）上の所定領域に配置された電極層２２と、半導体層２１の他方面（裏面）上に配置された電極層２３とによって構成されている。また、半導体レーザ素子２０は、電極層２２が半田層１４に接合されることにより、サブマウント１０に固定されている。
The
Ａｕワイヤー３０は、サブマウント１０の電極層１３の上面上の半田層１４が形成されていない領域（周辺領域）にワイヤーボンディングされている。
The
次に、図１を参照して、第１実施形態によるサブマウント１０の製造プロセスについて説明する。
Next, a manufacturing process of the
まず、図１に示すように、窒化アルミニウム層１１および１２を重ね合わせた状態で焼結する。このとき、窒化アルミニウム層１１の厚みが約０．１ｍｍ〜約０．４ｍｍよりも少しだけ大きくなるように形成するとともに、窒化アルミニウム層１２の厚みが約０．１ｍｍよりも少しだけ大きくなるように形成する。
First, as shown in FIG. 1, the aluminum nitride layers 11 and 12 are sintered in a superposed state. At this time, the
そして、窒化アルミニウム層１１の下面上、および、窒化アルミニウム層１２の上面上を研磨することにより、窒化アルミニウム層１１の厚みを約０．１ｍｍ〜約０．４ｍｍにするとともに、窒化アルミニウム層１２の厚みを約０．１ｍｍにする。このとき、窒化アルミニウム層１１の下面、および、窒化アルミニウム層１２の上面には、窒化アルミニウム粒子が脱落することにより凹凸が形成される。
Then, by polishing the lower surface of the
その後、窒化アルミニウム層１２上面上に、Ｔｉ層、Ｐｔ層およびＡｕ層を蒸着することにより、電極層１３を形成する。このとき、電極層１３は、窒化アルミニウム層１２の上面の凹凸に沿って、凹凸形状になるように形成される。
Thereafter, an
そして、電極層１３の上面上の周辺領域にレジスト（図示せず）を形成した後、周辺領域以外の領域（所定領域）に半田を蒸着する。その後、レジスト（図示せず）を除去することにより、半田層１４を形成する。
Then, after a resist (not shown) is formed in a peripheral region on the upper surface of the
そして、窒化アルミニウム層１１の下面上に、Ａｕ層などを蒸着することにより金属層１５を形成する。
Then, a
その後、サブマウント１０が所定の大きさになるように、面方向に分割（ダイシング）する。このとき、窒化アルミニウム層１１および１２の側面には、窒化アルミニウム粒子が脱落することにより凹凸が形成される。
Thereafter, the
以上のようにして、第１実施形態によるサブマウント１０が形成される。
As described above, the
次に、図１を参照して、第１実施形態による半導体レーザ装置１の製造プロセスについて説明する。 A manufacturing process for the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment is now described with reference to FIG.
まず、図１に示すように、サブマウント１０の電極層１３を画像認識するとともに、サブマウント１０を位置決めする。このとき、サブマウント１０の上方から、電極層１３の上面全体と、上面の端部（窒化アルミニウム層１２の側面に対応する部分）とを画像認識する。
First, as shown in FIG. 1, the
そして、半導体レーザ素子２０を画像認識するとともに、半導体レーザ素子２０をサブマウント１０上の所定位置に配置する。このとき、半導体レーザ素子２０の電極層２２がサブマウント１０の半田層１４上に位置するように、半導体レーザ素子２０を配置する。
Then, the
その後、サブマウント１０の半田層１４を溶融することにより、電極層２２（半導体レーザ素子２０）と半田層１４（サブマウント１０）とを接合する。このとき、第１実施形態では、半田層１４は、電極層１３の上面に対して濡れ拡がった状態に形成される。
Then, the electrode layer 22 (semiconductor laser element 20) and the solder layer 14 (submount 10) are joined by melting the
そして、サブマウント１０の電極層１３の上面上の半田層１４が形成されていない領域（周辺領域）にＡｕワイヤー３０を接続する。
Then, the
以上のようにして、第１実施形態による半導体レーザ装置１が組み立てられる。 As described above, the semiconductor laser device 1 according to the first embodiment is assembled.
第１実施形態では、上記のように、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約３０μｍ〜約５０μｍ）を、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約５μｍ〜約２０μｍ）よりも大きくすることによって、窒化アルミニウム層１１の熱伝導率（約２３０Ｗ／ｍ・ｋ〜約２５０Ｗ／ｍ・ｋ）を、窒化アルミニウム層１２の熱伝導率（約２００Ｗ／ｍ・ｋ）よりも大きくすることができる。これにより、サブマウント１０を窒化アルミニウム層１１を用いることなく、窒化アルミニウム層１２のみを用いて形成する場合に比べて、サブマウント１０の放熱特性を向上させることができる。さらに、窒化アルミニウム層１１の厚みを窒化アルミニウム層１２の厚みよりも大きくすることにより、サブマウント１０の放熱特性をより向上させることができる。
In the first embodiment, as described above, the average particle size (about 30 μm to about 50 μm) of the aluminum nitride particles of the
また、第１実施形態では、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約５μｍ〜約２０μｍ）を、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子の平均粒径（約３０μｍ〜約５０μｍ）よりも小さくすることによって、サブマウント１０を形成する際の研磨工程や分割（ダイシング）工程において、窒化アルミニウム層１２の表面に大きな凹凸が形成されるのを抑制することができるとともに、窒化アルミニウム層１２の表面に欠けが発生するのも抑制することができる。これにより、窒化アルミニウム層１２の面方向（矢印Ａ方向）の外形精度を向上させることができる。このため、サブマウント１０上に半導体レーザ素子２０を搭載する際に、サブマウント１０の画像認識精度を向上させることができるので、サブマウント１０の位置決め精度を向上させることができる。その結果、半導体レーザ素子２０のサブマウント１０に対する搭載精度を向上させることができる。
In the first embodiment, the average particle size (about 5 μm to about 20 μm) of the aluminum nitride particles of the
また、第１実施形態では、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子の平均粒径を約５μｍ〜約２０μｍの小さい粒径にして、窒化アルミニウム層１２の表面に大きな凹凸が形成されたり欠けが発生するのを抑制することによって、窒化アルミニウム層１２上の電極層１３の上面の凹凸を小さくすることができる。これにより、電極層１３の上面に、半田層１４を形成する際のレジストが除去されずに残留するのを抑制することができる。その結果、窒化アルミニウム層１２の上面にＡｕワイヤー３０を接続する際に、Ａｕワイヤー３０が窒化アルミニウム層１２の上面に対して接合しにくくなるのを抑制することができる。
In the first embodiment, the average particle diameter of the aluminum nitride particles of the
また、第１実施形態では、平均粒径の異なる窒化アルミニウム粒子を含む窒化アルミニウム層１１および１２を設けることによって、窒化アルミニウム層１１と窒化アルミニウム層１２との厚みの比率を制御すれば、サブマウント１０の放熱特性および厚みを所望の値に制御することができる。
In the first embodiment, if the thickness ratio between the
また、第１実施形態では、熱伝導率の比較的小さい窒化アルミニウム層１２の厚みを、約０．１ｍｍの小さい厚みにすることによって、窒化アルミニウム層１２の厚みが大きい場合に比べて、サブマウント１０の放熱特性が低下するのを抑制することができる。また、窒化アルミニウム層１２の厚みを約０．１ｍｍの小さい厚みにすることによって、サブマウント１０の厚みが大きくなるのを抑制することができる。これにより、半導体レーザ装置１が大型化するのを抑制することができる。
In the first embodiment, the thickness of the
また、第１実施形態では、窒化アルミニウム層１１および１２を窒化アルミニウム粒子により形成することによって、良好な放熱特性を有するサブマウント１０を容易に得ることができる。また、窒化アルミニウム層１１および１２を、窒化アルミニウム粒子により構成することによって、窒化アルミニウム層１１および１２を同一の材料により形成することができる。これにより、窒化アルミニウム層１１と窒化アルミニウム層１２との密着強度が低下するのを容易に抑制することができる。
（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態によるサブマウントを備えた半導体レーザ装置の全体構造を示した断面図である。図４は、図３に示した第２実施形態によるサブマウントの構造を示した拡大断面図である。図３および図４を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、サブマウント１０ａの電極層１３と半田層１４ａとの間にバリア層１６を設けた半導体レーザ装置１ａについて説明する。
In the first embodiment, the
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a sectional view showing the entire structure of a semiconductor laser device having a submount according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is an enlarged sectional view showing the structure of the submount according to the second embodiment shown in FIG. 3 and 4, in the second embodiment, unlike the first embodiment, a semiconductor laser device 1a in which a
本発明の第２実施形態による半導体レーザ装置１ａでは、図３に示すように、サブマウント１０ａには、電極層１３と半田層１４ａとの間に、Ｐｔ層からなるバリア層１６が形成されている。このバリア層１６は、電極層１３と半田層１４ａとが共晶反応するのを抑制するために設けられている。また、バリア層１６は、約０．２５μｍ〜約０．５μｍの厚みを有する。また、バリア層１６は、電極層１３の上面上の所定領域に蒸着されている。即ち、バリア層１６は、半田層１４ａと同じ領域に形成されている。また、バリア層１６は、図４に示すように、電極層１３の上面の凹凸に沿って、凹凸形状になるように形成されている。なお、半田層１４ａは、本発明の「接着層」の一例である。
In the semiconductor laser device 1a according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, a
また、第２実施形態では、バリア層１６および半田層１４ａを形成する場合、電極層１３の上面上の周辺領域にレジスト（図示せず）を形成した後、周辺領域以外の領域（所定領域）にＰｔおよび半田を蒸着する。そして、レジスト（図示せず）を除去することにより、バリア層１６および半田層１４ａを形成する。
In the second embodiment, when forming the
また、第２実施形態では、半田層１４ａは、電極層１３の上面に対して濡れ拡がらずに形成されている。これは、電極層１３と半田層１４ａとの間に配置されたバリア層１６により、半田層１４ａが電極層１３に接触されないので、半導体レーザ素子２０の電極層２２を半田層１４ａに接合する際に半田層１４ａが溶融されても、半田層１４ａが電極層１３の上面に対して濡れ拡がらないためである。
In the second embodiment, the
なお、第２実施形態のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。 The remaining structure of the second embodiment is the same as that of the first embodiment.
また、第２実施形態のサブマウント１０ａおよび半導体レーザ装置１ａのその他の製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
The other manufacturing processes of the
第２実施形態では、上記のように、電極層１３と半田層１４ａとの間にバリア層１６を設けることによって、半田層１４ａを溶融して半田層１４ａ（サブマウント１０ａ）と電極層２２（半導体レーザ素子２０）とを接合する際に、半田層１４ａが電極層１３の上面に対して濡れ拡がるのを抑制することができる。
In the second embodiment, as described above, by providing the
また、窒化アルミニウム粒子の平均粒径が小さい窒化アルミニウム層１２の表面（上面）の凹凸は小さいので、窒化アルミニウム層１２上に配置された電極層１３およびバリア層１６の表面（上面）の凹凸も小さくすることができる。これにより、電極層１３およびバリア層１６の表面（上面）の凹凸が大きい場合に比べて、半田層１４ａと電極層１３とが接近しすぎるのを抑制することができる。その結果、半田層１４ａが電極層１３に接触するのをより抑制することができるので、半田層１４ａを溶融して半田層１４ａ（サブマウント１０ａ）と電極層２２（半導体レーザ素子２０）とを接合する際に、半田層１４ａが電極層１３に濡れ拡がるのをより抑制することができる。この場合、半導体レーザ素子２０の搭載前後における半田層１４ａの厚みの変化量を一定にすることができるので、半導体レーザ素子２０のサブマウント１０ａの厚み方向に対する搭載精度を向上させることができる。
Further, since the unevenness on the surface (upper surface) of the
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。 The remaining effects of the second embodiment are similar to those of the aforementioned first embodiment.
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims for patent.
たとえば、上記実施形態では、半導体レーザ素子が搭載された半導体レーザ装置に本発明を適用したが、半導体レーザ素子以外の半導体素子が搭載された半導体装置に本発明を適用してもよい。 For example, in the above embodiment, the present invention is applied to a semiconductor laser device in which a semiconductor laser element is mounted. However, the present invention may be applied to a semiconductor device in which a semiconductor element other than the semiconductor laser element is mounted.
また、上記実施形態では、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子の平均粒径を、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子の平均粒径よりも大きくした例について示したが、本発明はこれに限らず、窒化アルミニウム層１１の窒化アルミニウム粒子の平均粒径を、窒化アルミニウム層１２の窒化アルミニウム粒子の平均粒径よりも小さくしてもよい。この場合、窒化アルミニウム層１１の外形精度を向上させることができるので、サブマウント１０（１０ａ）上に半導体レーザ素子２０を搭載する際に、サブマウント１０（１０ａ）の下方から画像認識すれば、半導体レーザ素子２０のサブマウント１０（１０ａ）に対する搭載精度を向上させることができる。また、この場合、窒化アルミニウム層１２の熱伝導率を大きくすることができるので、窒化アルミニウム層１１の厚みを小さくするとともに、窒化アルミニウム層１２の厚みを大きくすれば、サブマウント１０（１０ａ）の放熱特性を向上させることができる。
In the above embodiment, the example in which the average particle diameter of the aluminum nitride particles of the
また、上記実施形態では、第１粒子および第２粒子として、窒化アルミニウム粒子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、第１粒子および第２粒子として、窒化アルミニウム以外の、例えば、ＳｉＣやＳｉなどからなる粒子を用いてもよい。また、この場合、第１粒子および第２粒子として、互いに異なる材料からなる粒子を用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although shown about the example which used the aluminum nitride particle as 1st particle | grains and 2nd particle | grains, this invention is not restricted to this, As 1st particle | grains and 2nd particle | grains, other than aluminum nitride, For example, particles made of SiC or Si may be used. In this case, particles made of different materials may be used as the first particles and the second particles.
また、上記実施形態では、電極層１３、半田層１４（１４ａ）、金属層１５およびバリア層１６を蒸着により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、電極層１３、半田層１４（１４ａ）、金属層１５およびバリア層１６を、めっきやスパッタリングにより形成してもよい。
In the above embodiment, an example in which the
また、上記実施形態では、窒化アルミニウム層１２の厚みを約０．１ｍｍにした例について示したが、本発明はこれに限らず、窒化アルミニウム層１２の厚みを約０．１ｍｍ以外の厚みにしてもよい。この場合、窒化アルミニウム層１２の厚みを約０．１ｍｍよりも小さくすれば、サブマウント１０（１０ａ）の放熱特性をより向上させることができるとともに、サブマウント１０（１０ａ）の厚みをより小さくすることができる。
In the above embodiment, an example in which the thickness of the
また、上記実施形態では、サブマウント１０を画像認識することにより、サブマウント１０を位置決めした例について示したが、本発明はこれに限らず、窒化アルミニウム層１２の側面に位置決め部材などを当接させることにより、サブマウント１０を位置決めしてもよい。
In the above-described embodiment, an example in which the
また、上記実施形態では、窒化アルミニウム層１１の下面上に金属層１５を設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、窒化アルミニウム層１１の下面上に金属層１５を設けなくてもよい。
In the above embodiment, the example in which the
１、１ａ 半導体レーザ装置（半導体装置）
１０、１０ａ サブマウント
１１ 窒化アルミニウム層（第１の層）
１２ 窒化アルミニウム層（第２の層）
１３ 電極層
１４ａ 半田層（接着層）
１６ バリア層
1, 1a Semiconductor laser device (semiconductor device)
10,
12 Aluminum nitride layer (second layer)
13
16 Barrier layer
Claims (6)
前記第１の層上に配置され、前記第１平均粒径とは異なる第２平均粒径を有する第２粒子を含む第２の層とを備えたことを特徴とするサブマウント。 A first layer comprising first particles having a first average particle size;
A submount comprising: a second layer including second particles disposed on the first layer and having a second average particle size different from the first average particle size.
前記電極層上の所定領域に配置されたバリア層と、
前記バリア層上に配置された接着層とを備えたことを特徴とする請求項２または３に記載のサブマウント。 An electrode layer disposed on the second layer;
A barrier layer disposed in a predetermined region on the electrode layer;
The submount according to claim 2, further comprising an adhesive layer disposed on the barrier layer.
前記サブマウント上に配置される半導体素子とを備えたことを特徴とする半導体装置。 The submount according to any one of claims 1 to 5,
A semiconductor device comprising: a semiconductor element disposed on the submount.
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|---|---|---|---|---|
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| WO2019116981A1 (en) * | 2017-12-15 | 2019-06-20 | ローム株式会社 | Submount and semiconductor laser device |
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