JP2737625B2 - 半導体レーザ装置 - Google Patents

半導体レーザ装置

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JP2737625B2 JP5333325A JP33332593A JP2737625B2 JP 2737625 B2 JP2737625 B2 JP 2737625B2 JP 5333325 A JP5333325 A JP 5333325A JP 33332593 A JP33332593 A JP 33332593A JP 2737625 B2 JP2737625 B2 JP 2737625B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はヒートシンクを有する半
導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、光通信や光計測の分野において、
長距離運用化や高性能化に伴い、半導体レーザ装置の高
出力化が求められている。このようなシステムからの要
求に対応するため、半導体レーザ装置の長共振器化が進
んでおり、共振器長が900μmを越える半導体レーザ
が開発されている。
【0003】一般的な半導体レーザ装置は、図7に示す
ように一体型のヒートシンク4上にソルダ3を介して半
導体レーザ素子1が融着された構成となっている。共振
器長が300μm程度の半導体レーザ装置に対しては、
ヒートシンク材として放熱性の高いBN、合成ダイヤな
どが用いられているが、高出力レーザ装置では半導体素
子1とヒートシンク4の接着面積が広いため、半導体素
子1とヒートシンク4の熱膨張係数の差が無視できなく
なる。そのために高出力レーザ装置ではこのような熱膨
張係数の違いに起因する半導体素子の劣化が問題とな
る。従来の高出力レーザ装置ではこれを回避するため、
Inpなどの半導体と熱膨張率が同程度のヒートシンク
材、例えばAlNなどを採用している。しかし、この場
合、ヒートシンクの放熱性がBNや合成ダイヤに比べ1
/10程度となってしまう欠点があった。
【0004】一方、集積回路などの半導体装置において
は、半導体素子とそれが接する他の材質との熱膨張係数
の違いから発生する半導体素子の劣化を防ぐために、 半導体素子の表裏面に凹凸を付ける、 ヒートシンクの表裏面に溝を形成する、 ヒートシンクを分離形成する、 ことがすでに知られている。その第一の例として図8
(a)および(b)に示すものがあり、これは樹脂封止
型半導体装置において半導体素子11の表面に凹凸5を
構成することにより、半導体素子11とレジン(樹脂)
14との剥離を防ぐようにしたものである(特開昭62
−252156号公報)。また、第二の例として図9に
示すように、半導体素子11の裏面にプレーテッド・ヒ
ートシンク(PHS)16を形成する半導体装置おい
て、PHS16を分割することにより半導体素子11の
変形を防ぐようにしたものがある(特開昭63−131
555号公報)。第三の例としては、図10に示すよう
に、気密封止型パッケージ17とヒートシンク4とを低
融点ガラスのソルダ3で接着している半導体装置で、ヒ
ートシンク4の接着面を分割することにより熱応力を小
さく低減させ、クラックの発生を防ぐようにしたものが
ある(特開平3−101257号公報)。さらに、第四
の例として図11に示すように、半導体素子11を封止
する構造を持つ半導体装置で、半導体素子11以外の部
材表裏面に凹凸5を形成するとともに、使用するソルダ
3をメッシュ状にすることにより、熱応力を分散させる
ようにしたものがある(特開平4−320873号公
報)。
【0005】これらの従来技術は、半導体素子をヒート
シンクその他の部材に融着する際に発生する熱応力に対
する対策がとられたものであり、半導体レーザ装置にお
いて特に求められている動作中放熱性については考慮さ
れていないので、そのまま高出力半導体レーザ装置に適
用しても十分な効果を得ることはできない。さらに、高
出力半導体レーザ装置では、動作時における半導体レー
ザ素子からの発熱量が従来のものに比べ10倍以上とな
るため、前述した従来技術を適用した半導体レーザ装置
にはこのような発熱による飽和光出力の低下の問題が残
されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の半
導体レーザ装置では、BN、合成ダイヤなどの熱伝導率
が高い(放熱性が良い)ヒートシンク材を使用した場合
に熱応力に起因するチップ・クラックにより半導体レー
ザの信頼性を低下させる問題があり、また、AlNなど
の熱膨張係数差の少ないヒートシンク材を使用した場合
に半導体レーザ素子の放熱性に難点がある。
【0007】また、集積回路などの半導体装置における
熱応力を分散させるための従来技術も半導体レーザ装置
に適用した場合、放熱性に問題があり半導体レーザ素子
の発熱に対し不十分である。
【0008】本発明はこのような背景のもとに行われた
ものであって、半導体素子に熱応力によるクラックが発
生することを抑え、かつ十分な放熱性を確保することに
より高信頼度と高性能を両立させた半導体レーザ装置を
提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の第一は、半導体
レーザ装置において、板状の半導体基板の一方の面に寄
せて活性層が形成された半導体素子をソルダを介してヒ
ートシンクに取付けた半導体レーザ装置において、前記
半導体基板の他方の面に凹凸が形成され、前記一方の面
が前記ソルダに接することを特徴とする。
【0010】本発明の第二は、半導体レーザ装置におい
て、板状の半導体基板の一方の面に寄せて活性層が形成
された半導体素子をソルダを介してヒートシンクに取付
けた半導体レーザ装置において、前記半導体基板の他方
の面に凹凸が形成され、その凹凸の頂部が前記ソルダに
し、凹部内には空隙が設けられたことを特徴とする。
【0011】なお、板状の半導体基板の一方の面に寄せ
て活性層が形成された半導体素子の他方の面フオトエ
ッチングにより多数の凹凸形成されることが好まし
い。
【0012】本発明の第は、半導体レーザ装置におい
て、板状の半導体基板の一方の面に寄せて活性層が形成
された半導体素子をソルダを介してヒートシンクに取付
けた半導体レーザ装置において、その半導体素子がレー
ザ発光により温度上昇しその形状が変化して前記ヒート
シンクとの間に加わる機械的応力を緩和するに十分な程
度に、そのヒートシンクが複数のブロックに分割され
各ブロック間に空間が設けられたことを特徴とする。
【0013】
【作用】半導体素子に設けられた複数の溝が表面積を増
大させ、レーザ素子として動作中の放熱を促進し、半導
体素子とヒートシンク間に発生する熱応力を緩和させ、
チップ・クラックあるいはチップの変形を防止して寿命
を向上させる。さらに、放熱性の改善により半導体素子
の温度が低く保たれるので、飽和光出力も向上させるこ
とができる。
【0014】
【実施例】次に本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0015】(第一実施例)図1は本発明第一実施例の
構成を示す断面図である。
【0016】本発明第一実施例は、一体型のヒートシン
ク4上に、例えばAuSnのソルダ3により半導体素子
1がマウントされる。
【0017】このように構成された本発明第一実施例の
半導体素子1の製法を図2を参照して説明する。半導体
基板6上に活性層2、クラッド層7を順次エピタキシャ
ル成長させ(同図(a))、素子1の裏面にエッチング
用マスクとしてフォトレジスト8のパターニングを行う
(同図(b))。次に、ドライエッチング法を用いて半
導体基板6側に深さ50μmの凹凸5を形成し(同図
(c))、残されたフォトレジスト8を除去する(同図
(d))。
【0018】このようにして作成された半導体基板6側
に凹凸5を有する半導体素子1をヒートシンク4上にマ
ウントした場合、ヒートシンク4との熱膨張係数差に起
因する熱ストレスは凹凸5によって緩和させることがで
きる。また半導体素子1から発生する熱もこの凹凸5に
よって雰囲気中に発散させることができるので、半導体
素子1の放熱性も向上する。これにより、熱応力による
チップ・クラックの発生が抑えられ、すぐれた放熱性を
有する信頼性の高い半導体装置が得られる。
【0019】(第二実施例)図3は本発明第二実施例の
構成を示す断面図である。
【0020】本発明第二実施例は第一実施例における凹
凸5側がヒートシンク4側に融着される。この第二実施
例の場合には半導体素子1とヒートシンク4との接合面
に発生する熱応力が凹凸5に沿って分散する。従って、
この場合も第一実施例同様に、熱応力によるチップ・ク
ラックの発生を抑え、かつ十分な放熱性を備えることが
できる。 (第三実施例)図4は本発明第三実施例の構成を示す断
面図である。本発明第三実施例は、一体型のヒートシン
ク4上に、例えばAuSnのソルダ3を介して半導体レ
ーザ素子1がマウントされ、この半導体素子1の半導体
基板6側に少なくとも一つ以上の孔9が形成される。こ
の例では300μm(W)×900μm(L)×100
μm(T)の半導体レーザ素子1の半導体基板6側に、
ドライエッチング法により200μm(W)×800μ
m(L)×50μm(T)の長方形の形状を持つ孔9が
形成される。第三実施例についても第一実施例同様に、
孔9により熱応力の緩和および発生熱の効率的な放熱が
行われ、信頼性および性能を高めることができる。
【0021】(第四実施例)図5(a)および(b)は
本発明第四実施例の構成を示す断面図およびその平面図
である。本発明第四実施例は、分割式ヒートシンク10
上に、例えばAuSnソルダ3を介して半導体素子1が
マウントされたもので、750μm(W)×1200μ
m(L)×300μm(T)のBNヒートシンクを75
0μm(W)×300μm(L)×300μm(T)の
サイズに4分割される。これにより半導体素子1と分割
式ヒートシンク10の接合面に発生する熱応力を分割面
によって分散することができ、熱伝導率の高い(放熱性
の良い)ヒートシンク部材、例えばBN、合成ダイヤモ
ンドなどを使用した場合でもチップ・クラックの発生を
抑えることができ、高信頼度と高性能を有する半導体レ
ーザ装置を得ることができる。
【0022】(第五実施例)図6は本発明第五実施例の
構成を示す断面図である。本発明第五実施例は、本発明
第一実施例で説明した半導体素子1を本発明第四実施例
で説明した分割式ヒートシンク7上にマウントして構成
される。この例の場合も第一実施例および第四実施例と
同様に熱応力によるチップ・クラックの発生を抑え、か
つ十分な放熱性を備えることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、半
導体素子の半導体基板側、あるいは放熱性の良いヒート
シンク側に凹凸を形成するか、ヒートシンク自体を分
離、分割して配列することにより半導体レーザ素子がレ
ーザ光を放出する動作中に発生する熱により、半導体素
子とヒートシンク間に発生する熱応力を緩和させること
ができる。これによりチップ・クラックやチップの変形
を抑え寿命を向上させることができ、また、このような
放熱性の改善により動作中のレーザ素子の温度を低く維
持するので、飽和光出力を増加させることができる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第一実施例の構成を示す断面図。
【図2】(a)〜(d)は本発明第一実施例における半
導体レーザ素子の製法を説明する図。
【図3】本発明第二実施例の構成を示す断面図。
【図4】本発明第三実施例の構成を示す断面図。
【図5】(a)および(b)は本発明第四実施例の構成
を示す断面図および平面図。
【図6】本発明第五実施例の構成を示す断面図。
【図7】従来例の構成を示す断面図。
【図8】(a)および(b)は半導体装置の従来例にお
ける第一の構成例を示す平面図および断面図。
【図9】半導体装置の従来例における第二の構成例を示
す断面図。
【図10】半導体装置の従来例における第三の構成例を
示す断面図。
【図11】半導体装置の従来例における第四の構成例を
示す断面図。
【符号の説明】
1、11 半導体素子 2 活性層 3 ソルダ 4 ヒートシンク 5 凹凸 6 半導体基板 7 クラッド層 8 フォトレジスト 9 孔 10 分割式ヒートシンク 12 ボンディングパッド 13 ワイヤ 14 レジン 15 タブ 16 プレーテッド・ヒートシンク 17 気密封止型パッケージ 18 ヘッダ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板状の半導体基板の一方の面に寄せて活
    性層が形成された半導体素子をソルダを介してヒートシ
    ンクに取付けた半導体レーザ装置において、 前記半導体基板の他方の面に凹凸が形成され、前記一方
    の面が前記ソルダに接することを特徴とする半導体レー
    ザ装置。
  2. 【請求項2】 板状の半導体基板の一方の面に寄せて活
    性層が形成された半導体素子をソルダを介してヒートシ
    ンクに取付けた半導体レーザ装置において、 前記半導体基板の他方の面に凹凸が形成され、その凹凸
    の頂部が前記ソルダに接し、凹部内には空隙が設けられ
    ことを特徴とする半導体レーザ装置。
  3. 【請求項3】 板状の半導体基板の一方の面に寄せて活
    性層が形成された半導体素子の他方の面フオトエッチ
    ングにより多数の凹凸形成された請求項1または2記
    載の半導体レーザ装置。
  4. 【請求項4】 板状の半導体基板の一方の面に寄せて活
    性層が形成された半導体素子をソルダを介してヒートシ
    ンクに取付けた半導体レーザ装置において、 その半導体素子がレーザ発光により温度上昇しその形状
    が変化して前記ヒートシンクとの間に加わる機械的応力
    を緩和するに十分な程度に、そのヒートシンクが複数の
    ブロックに分割され、各ブロック間に空間が設けられ
    ことを特徴とする半導体レーザ装置。
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