JP2622029B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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JP2622029B2 JP2294063A JP29406390A JP2622029B2 JP 2622029 B2 JP2622029 B2 JP 2622029B2 JP 2294063 A JP2294063 A JP 2294063A JP 29406390 A JP29406390 A JP 29406390A JP 2622029 B2 JP2622029 B2 JP 2622029B2
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    • H01S5/223—Buried stripe structure
    • H01S5/2232—Buried stripe structure with inner confining structure between the active layer and the lower electrode

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は半導体発光装置特に、マルチビーム（Multi
Beam）半導体レーザ（Laser）装置に係わり、各ビーム
を独立に駆動するのに利用するマウント（Mount）用電
極金属に好適なものである。
（従来の技術） 半導体発光装置の一種であるマルチビーム半導体レー
ザ装置の従来技術の第１図を参照して説明する。マルチ
ビーム半導体レーザ装置用チップ（Chip）１は電気的絶
縁性サブマウント（Submount）２を介してヒートシンク
（Heat Sink）３に取付けて構成されている。このよう
な積層構造を形成するにはサブマウント２の一面全体を
被覆する半田層例えばAu−Sn合金層４がマルチビーム半
導体レーザ装置用チップ１の表面に形成した電極５と接
触・固着して一体としている。半田層４はプリフォーム
（Preform）と呼ばれるチップ状のものを利用する場合
と、真空蒸着法やスパッタリング（Sputtering）法など
により堆積した薄膜を利用する例がある。また、マルチ
ビーム半導体レーザ装置では複数のビームを独立して発
光させるためにいわゆるジャンクションアップ（Juncti
on Up）方式を採用している。このために第１図に示す
ようにマルチビーム半導体レーザ装置用チップ１頂面に
形成した電極７に固着した金属細線８を経て電流を供給
している。
ところで、マルチビーム半導体レーザ装置用チップ１
に形成する発光部９は厚さが70μｍ〜100μｍの基板に
いわゆるLPE（Liquid Phase Epitaxy）法により結晶を
堆積後、ビームを分離し易くするために発光部９からマ
ルチビーム半導体レーザ装置用チップ１頂面までの距離
は５μｍ〜10μｍと小さいのに対して、電気的絶縁性サ
ブマウント２までのそれは70μｍ〜100μｍと大きくし
ている。
これに対して熱放散を良好にする手法としていわゆる
ジャンクションダウン（Junction Down）方式が知られ
ている。この例では第２図ａ、ｂに示したように発光部
９を電気的絶縁性サブマウント２に近付けて配置し更
に、第１図の例と同様に独立して動作させるためにやは
り分離溝10を設置している。しかも、第２図ｂに明らか
なように電気的絶縁性サブマウント２に対称的の形状に
パターニング（Patterning）した電極11に半田層12を重
ねて形成して、マルチビーム半導体レーザ装置用チップ
１（第２図ｂ参照）のマウントに備えている。これに対
する金属細線のボンダビリティ（Bondability）が良く
ないために半田層12の存在が好ましくない。従って、半
田層12を電気的絶縁性サブマウント２に形成するのには
電極金属例えばAuと半田層12が混ざることがなく、しか
も選択的に除去する方法を採らざるを得ない。
（発明が解決しようとする課題） ジャンクションアップ方式によりマルチビーム半導体
レーザ装置用チップ１を電気的絶縁性サブマウント２に
マウントした場合には発光点からの距離が大きいことに
起因して各発光点で発生する熱放散効果が薄れてマルチ
ビーム半導体レーザ装置用チップ１の温度が上昇して信
頼性が低下すると共に、各発光点間の熱干渉も大きくな
って夫々が独立して駆動するのに支障をきたすなどの難
点がある。
これに対してジャンクションダウン方式では電極金属
例えばAuと半田層が混ざることがなく、しかも選択的に
除去することが不可欠になるが、現在の技術水準では極
めて難しい。また、金属マスク（Mask）を使用した真空
蒸着法により半田層を形成する方法も考えられるが、精
密なパターニングが困難であり、その上マルチビーム半
導体レーザの発光点間隔が100μｍ以下になると電気的
分離が難しくなる。
本発明はこのような事情により成されたもので、熱放
散が良好でしかも各発光点間の熱干渉が小さくてどのよ
うな発光点間隔でも容易に動作できる半導体発光装置を
提供することを目的とする。
〔発明の構成〕
（課題を解決するための手段） 本発明に係る半導体発光装置の第１の発明は、ヒート
シンクに固着する電気的絶縁性のサブマウントと，前記
サブマウントに選択的に形成され電気的に絶縁された複
数の配線用金属層と，前記電極配線用金属層の一部に重
ねて固着する半導体発光装置用チップと，前記電極配線
用金属層に隣接する前記半導体発光装置用チップ表面か
ら内部にかけて形成され前記サブマウントの表面部分を
露出した分離帯と，前記半導体発光装置用チップの他の
表面に選択的に形成するオーミックコンタクト電極及び
半田層と，前記オーミックコンタクト電極と半田層間に
設置され半田層の融点以上の融点をもつ一種類以上の高
融点金属層とを具備し，前記分離帯により区分され電気
的に分離された両発光センターより光放射を行う点に特
徴がある。
第２の発明は、前記高融点金属層をモリブデン層で構
成する点に特徴がある。
第３の発明は、前記モリブデン層とオーミックコンタ
クト電極間に一層以上のチタン層を設置する点に特徴が
ある。
（作 用） 本発明に係わる半導体発光装置はそれ用のチップを電
気的絶縁製サブマウントに固着するために半田層の融点
以上に温度を上げた際に、第１の高融点金属であるモリ
ブデン層によりオーミックコンタクト電極用金属層と半
田層が混ざることが防げるので、オーミックコンタクト
電極抵抗の上昇が起こらず、その上半田層とサブマウン
ト面に選択的に形成した電極用配線金属層との接触不良
も発生しないとの知見に基ずいて完成され、信頼性の高
い半導体発光装置が得られる。
更に、オーミックコンタクト電極用金属層と第１の高
融点金属層の間に設置した第２の高融点金属の作用効果
について説明すると、オーミックコンタクト電極用金属
層と第１の高融点金属層を半導体発光装置用チップに選
択的に形成する際には夫々専用の等方性エッチング液が
必要になる。しかし、オーミックコンタクト電極用金属
層と第１の高融点金属層の界面が例えば蒸着工程時僅か
でも混ざり合うと、専用のエッチング液でも処理できな
くなる。そこで第１の高融点金属層より融点が低い第２
の高融点金属層を設置することによりオーミックコンタ
クト電極用金属層と第１の高融点金属層の界面が混ざら
ず、専用の等方性エッチング液の使用が可能になる。し
かも、第１の高融点金属層より融点が低い第２の高融点
金属はオーミックコンタクト電極用金属層との混ざりを
極力抑えることができる。
高融点金属としてモリブデンまたはチタンを選定した
のは半導体基板として利用する例えばGaAsと熱膨張係数
が近似しており、更に等方性エッチングによるパターニ
ングが白金やタングステン（Tungsten）よりし易い利点
があるためである。
（実施例） 本発明に係わる実施例を第３図乃至第７図を参考にし
て説明する。第３図と第４図に示した２ビーム半導体レ
ーザ用半導体チップ20に偏平状に形成される発光部21…
間には電気的な分離を行う分離溝22を公知の異方性エッ
チング例えば反応性ドライエッチング法により形成さ
れ、電気的絶縁性サブマウント23を介してヒートシンク
24に固着する。ところで、シリコンから成り高抵抗の電
気的絶縁性サブマウント23にいわゆるジャンクションダ
ウン方式によって２ビーム半導体レーザ用半導体チップ
20を取付けるにはGeを12％程度含有したAu−Ge半田層25
によっており、蒸着法などで約２μｍ堆積したものが好
適である。更に２ビーム半導体レーザ用半導体チップ20
のオーミックコンタクト電極として機能する厚さが0.5
μｍ程度のAu−Zn合金層26をAu−Ge半田層25に隣接して
形成する。このAu−Ge半田層25及びAu−Zn合金層26の分
離溝22に対応する部分はフォトリソグラフィ（Photo Li
thography）技術によるパターニング工程により除去す
る。
２ビーム半導体レーザ用半導体チップ20は例えばGaAs
から成るｐ型半導体基板で構成し、電気的絶縁性サブマ
ウント23と固着する表面はｎ型半導体に変換されるの
で、Au−Ge半田層25がオーミック電極層を兼ねることも
可能である。また、積層体の上端には厚さが約１μｍの
Au−Ge合金から成る共通電極27を設置して２ビーム半導
体レーザ用半導体チップ20のオーミックコンタクト電極
を形成すると共に、２ビームの共通電極として機能させ
る。また電気的絶縁性サブマウント23の裏面を被覆する
のはヒートシンク24との固着用として設置する厚さが３
μｍ程度のAu−Sn合金製の半田層29である。更に本発明
にとって最も重要な構成要件である第１の高融点金属層
28について説明する。即ちオーミックコンタクト電極と
して機能するAu−Zn合金層とAu−Ge半田層25が混ざるの
を防止する厚さがほぼ0.2μｍのMo層28を蒸着法などに
より堆積して形成する。
そして、Au−Ge半田層25、Au−Zn合金層26及び第１の
高融点金属層28はいずれも一般的な抵抗加熱蒸着法やＥ
（Electron）ガン（Gun）蒸着法により２ビーム半導体
レーザ用半導体チップ20表面に堆積後、通常のレジスト
（Resist）をマスクとしてまた、Au−Ge半田層25とAu−
Zn合金層26をシアン（Cyane）を含むAuのエッチング液
を用いてパターニングする。第１の高融点金属層28及び
Au−Zn合金層26は蒸着時混ざり合うとエッチングが難し
くなるので、蒸着工程では極力温度上昇を抑える必要が
ある。
ここで２ビーム半導体レーザ用半導体チップ20の構造
を第５図の斜視図により簡単に説明すると、ｎ型GaAs基
板30の一面にはｐ型GaAsから成る電流ブロック（Bloc
k）層31を、更に以下の部品を記載順にLPE法により積層
する。即ち、ｎ型GaAlAsクラッド層32、ｐ型GaAlAs活性
層33、ｐ型GaAlAsクラッド層34、ｐ型GaAsオーミック層
35及び電極26で構成する。
一方Au−Ge半田層25により２ビーム半導体レーザ用半
導体チップ20と固着する電気的絶縁性サブマウント23表
面には選択的に電極配線用金属層36が形成されており、
Au−Ge半田層25とにより一体とする。
第４図には第３図における第１の高融点金属層28に、
厚さが0.1μｍ位のTi層37即ち第２の高融点金属層を追
加した他の実施例を示した。このTi金属層37もＥガン蒸
着法により堆積後、レジストをマスクとし弗酸系の等方
性エッチング液によりパターニングして形成するが、し
かしTiはMoより融点が低いために蒸着中の温度上昇が極
端に抑えられる。この結果、蒸着工程中にAu−Zn合金層
26とTi層37が混じることがないので、専用の等方性エッ
チング液が使用でき、パターン精度が向上する。即ち従
来技術により得られるパターン精度は５μｍのパターン
に対して２μｍ〜３μｍであったのが、第１及び第２の
実施例では±１μｍ以下の値に向上することができる。
従って、電気的絶縁性サブマウント23と２ビーム半導
体レーザ用半導体チップ20の剥離現象がなくなる外に、
コンタクトが採れないような電気抵抗の悪化が防止で
き、ひいては信頼性の向上をもたらす効果が得られる。
更に、オーミックコンタクト電極であるAu−Zn合金層26
と半田層25を共通化した２ビーム半導体レーザ用半導体
チップ20が考えられるが、これと同等な初期特性と信頼
性が得られる。
ところで、電気的絶縁性サブマウント23を介してヒー
トシンク24に取付けた２ビーム半導体レーザ用半導体チ
ップ20は第６図に明らかにしたようにステム（Stem）37
にマウントして他の電子機器と接続可能になる。このた
めに、金属製の支持部38に複数個のリード39をガラス
（Glass）層43（第７図参照）を利用してハーメチック
シール（Harmetic Seal）しており、電気的絶縁性サブ
マウント23を介してヒートシンク24に取付けた２ビーム
半導体レーザ用半導体チップ20は支持部38にマウントす
る。更にこれらを覆い中央が開口した遮蔽体40を設置し
て外囲器として機能させる。
第７図には第３図及び第４図に示した２ビーム半導体
レーザ用半導体チップ20の上面図が示されており、第６
図における電気的絶縁性サブマウント23に形成した電極
41からリード39へのAu細線42による接続状況及び２ビー
ム半導体レーザ用半導体チップ20からヒートシンク24へ
のAu細線42による接続状況を拡大して示した図である。
なおステム37を貫通して設置するリード39の間にはハ
ーメチックシール用ガラス層43が明らかにされている。
図に明らかなようにヒートシンク24の露出面にパター
ニングされた電極41にはAu細線42がボンディング法（Bo
nding）法により熱圧着または超音波圧着されている様
子を示している。このような接続状態にあると、発光部
42夫々に電流が印加されることになる。更にまた２ビー
ム半導体レーザ用半導体チップ20とヒートシンク24を別
のAu細線44により接続することにより各発光部の共通電
極とする。
このように本発明では２ビームの発光部間隔を最小30
μｍにすることができ、一方から光出力10mWを取出しな
がら、他方から光出力10mWが得られるような電流を付勢
した際、熱の影響により先に発光していた光出力が低下
する率を示す熱的クロストーク（closstalk）量は５％
以下（発光部間間隔30μｍ）であった。この値は従来の
いわえるジャンクションアップ型に比べて半分以下の数
値である。
このような実施例は半導体レーザ装置により説明した
が、その外のいかなる発光装置にも適用できるし更に、
発光部が２個より多い装置にも利用できる。なお半導体
レーザ装置以外のどのような発光装置にも応用できる。
〔発明の効果〕
本発明に係わる半導体発光装置はいかなる極性の半導
体発光装置用チップを用いても高い信頼性が容易に得ら
れ、マルチビーム半導体レーザ装置でも同じように形成
できる。
【図面の簡単な説明】
第１図及び第２図ａ、ｂは従来の半導体発光装置を示す
断面図と斜視図、第３図及び第４図は本発明の実施例を
示す断面図、第５図は本発明の２ビーム半導体レーザ装
置用チップの斜視図、第６図は２ビーム半導体レーザ装
置用チップを電気的絶縁性サブマウントを介して取付け
たヒートシンクを固着する状況を明らかにした斜視図、
第７図は２ビーム半導体レーザ装置用チップの上面図で
ある。 １、20:半導体チップ、 ２、23:電気的絶縁性サブマウント、 ３、24:ヒートシンク、５、７、11、27:電極、 ６、12、25、29:半田層、 28、37:高融点金属層、９、21:発光点、 10、22:分離溝、37:ステム、38:支持部、 39:リード、40:遮蔽体、42、44:金属細線、 43:ガラス層。
フロントページの続き (72)発明者 吉村 公孝 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝堀川町工場内 (56)参考文献 特開 平１−115187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−19892（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ヒートシンクに固着する電気的絶縁性のサ
    ブマウントと，前記サブマウントに選択的に形成され電
    気的に絶縁された複数の配線用金属層と，前記電極配線
    用金属層の一部に重ねて固着する半導体発光装置用チッ
    プと，前記電極配線用金属層に隣接する前記半導体発光
    装置用チップ表面から内部にかけて形成され前記サブマ
    ウントの表面部分を露出した分離帯と，前記半導体発光
    装置用チップの他の表面に選択的に形成するオーミック
    コンタクト電極及び半田層と，前記オーミックコンタク
    ト電極と半田層間に設置され半田層の融点以上の融点を
    もつ一種類以上の高融点金属層とを具備し，前記分離帯
    により区分され電気的に分離された両発光センターより
    光放射を行うことを特徴とする半導体発光装置
  2. 【請求項２】前記高融点金属層をモリブデン層で構成す
    ることを特徴とする前記請求項１記載の半導体発光装置
  3. 【請求項３】前記モリブデン層とオーミックコンタクト
    電極間に一層以上のチタン層を設置することを特徴とす
    る前記請求項１記載の半導体発光装置
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