JP3190718B2 - 半導体レーザ用サブマウント - Google Patents

半導体レーザ用サブマウント

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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、はんだ材の膜厚・組成
の制御性、半導体レーザの信頼性、位置調整の容易性に
優れ、かつ、サブマウントと半導体レーザの連続蒸着及
び、マウント自動化を含めた作業効率を向上する半導体
レーザ用サブマウントに関する。
【0002】
【従来の技術】最近の半導体レーザは、光情報処理や光
通信の分野での実用化が進んでおり、いずれの分野でも
素子の信頼性が極めて重要な要素である。このような半
導体レーザは、電流が数10mA〜数100mA の領域で使用す
るが、発熱量が大きいため通常は金属放熱体をヒートシ
ンクとして用いるのが一般的である。さらに、熱膨脹係
数の差がストレス/歪みなどを発生させ、信頼性に影響
を与えることを避けるために金属放熱体の上には、半導
体基板材料と比較的熱膨脹係数が近い材料をサブマウン
トとして配置し、その上にはんだ材料を介して半導体レ
ーザチップを固着する方法をよく用いる。また、オーミ
ック性、接着強度ならびに信頼性を考慮して半導体レー
ザチップの最上層には、Au層を形成する。
【0003】本発明に記載する接着とは、いわゆる接着
剤を利用する技術を示すものでなく、比較的薄い金属膜
とはんだ層間または比較的薄い金属膜同士におきる固溶
状態を示すことを付記する。
【0004】固着部の構造例には、特開平1−1387
77号公報により示されたSi半導体基板両面にTi/
Pt/はんだから成る技術があり、この中Ti/Pt層
はバリア金属層として機能する。
【0005】他の例としては、特公平1−40514号
公報により明らかになった技術がある。即ち、Si半導
体基板の両面にAuめっきを施し、金属放熱体側のAu
層を10〜20μmと厚くすることによりAu−Si共晶は
んだを形成し、半導体レーザチップ側のAuとサブマウ
ント側Auの熱圧着を利用する(特開平1−40514
号公報参照)。
【0006】更に、特開平2−128486号公報に明
らかにした構造を図3の断面図により説明すると、サブ
マウント1の両面にTi層2/Pt層3/Au層4/は
んだ層5を設ける構造が知られている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】半導体レーザチップ、
サブマウント及び金属製放熱体のマウントに際しては、
まず金属製放熱体上にサブマウントを接着してから、サ
ブマウントに半導体レーザチップを接着する。更に電流
を流すためにAu細線をチップ上面及びサブマウント表
面に形成することが必要になる。
【0008】特開平1−138777号公報の明らかに
した技術では、最上面全面にはんだ層が、あるいはこの
はんだ層を部分的に除去してもPt層が露出するため
に、Au細線を接合することがてきない。
【0009】また、特開平1−40514号公報に示し
た技術は、Au細線の接合にも支障がなく、その上連続
マウントも可能な構造であるが、サブマウントの半導体
レーザチップ側におけるAu−Auの熱圧着は、一度接
合すると温度を加えても容易に動かすことができない。
従って、半導体レーザチップの接着時の位置調整が極め
て難しくなる。
【0010】更にまた、特開平2−128486号公報
に明らかにした構造にあっては、サブマウントの両面に
はんだ層を設置するために、サブマウント及び半導体レ
ーザチップ各々の位置調整が容易にできるが、連続マウ
ントをする時に、一方を動かすと他方が動いてしまう可
能性がある。これに加えて、このような難点を防ぐに
は、上下のはんだの材質を即ち接着温度を変える方法も
よく使われる。しかし、Au層の上のはんだ層があるの
で、はんだ加熱時にAuとの反応か起り易く、サブマウ
ント上のAu細線を接着できる領域を浸蝕する恐れがあ
る。
【0011】本発明は、このような事情により成された
もので、特に、サブマウントと半導体レーザチップの連
続接着ならびにマウント自動化を含めた作業能率の向上
を可能にしたものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体レ−
ザ用サブマウント基板の第1の発明は、半導体レ−ザチ
ップを被着するサブマウント基板と、前記サブマウント
基板の一面に接着する金属製放熱体と、前記サブマウン
ト基板と金属製放熱体間に以下の順に形成するTi層、
Pt層、Au層及びはんだ層と、前記サブマウント基板
の半導体レ−ザチップ側の面に重ねて形成するTi層、
Pt層、Au層と、前記半導体レ−ザチップに形成しか
つ前記サブマウント基板の半導体レ−ザチップ側の面に
形成するAu層に重ねるPt層と前記Pt層に積層し
前記サブマウント基板の金属製放熱体側のはんだ層と同
成分から成りその厚さより大きい厚さのはんだに特徴が
あり、の発明は、前記サブマウント基板の半導体レ
−ザチップ側の面に形成するAu層に半導体レ−ザチ
ップに設置するPt層を選択的に重ねかつサブマウン
ト基板の金属製放熱体側のはんだ層と同成分から成りそ
の厚さより大きい厚さのはんだに特徴がある
【0013】前記サブマウント基板の半導体レーザチッ
プ側に形成するはんだ層の厚さを金属製放熱体側のはん
だ層のそれより大きくする点にも特徴がある。
【0014】
【作用】サブマウントの両面には、はんだ層を形成する
ために、半導体レーザチップやサブマウントの位置調整
が容易に行うことができる。また、半導体レーザチップ
側には、接着用のはんだ層が部分的にあり、その下にバ
リア層として機能するPt層を設置しているために接着
用の加熱時にもAu細線の接着領域を浸蝕しないことに
なる。
【0015】その上、大きな特徴は、金属製放熱体とサ
ブマウント基板間にAuとはんだを採用し、半導体チ
プとサブマウント基板間には、はんだにPt層で構成
するバリヤ層を重ねて設置する両方のはんだの材質は
同じであるがバリヤ層に重ねるはんだ層の厚さは
属製放熱体の面に設置するはんだ層の厚さより大きい
厚さである。この結果上下のはんだ層とはんだにはんだ
付に要する時間に差が生まれて、一方を動かすと他方が
動いてしまう問題点を克服した点に大きな特徴がある
更に上下面共、同一組成のはんだを使用するために、
一温度制御ができ、連続的な接着工程が可能になる。
【0016】
【実施例】本発明に係わる実施例を図1及び図2を参照
して説明すると、サブマウント1としては、熱伝導率の
良い厚さ400 μmの窒化アルミニウムを用いる。サブマ
ウント1の半導体レーザチップ側(紙面サブマウント1
の上側)と逆の金属製放熱体側には、Ti層2〜100
0オングストロ−ム、Pt層3〜1000オングストロ
−ム、Au層4a とAu層4b 共に〜5000オングス
トロ−ムをこの順に夫々形成する。
【0017】また、半導体レーザチップ8(図2参照)
側のAu層4a 最上層の一部または全面には、厚さ〜2
000オングストロ−ムのPt層6を重ねて設けてバリ
ヤ金属として機能させ、ここに厚さ〜5.2μmのAu
Snはんだ層7(以後ははんだパターニング層と記載す
る)を被覆する。本実施例に使用する半導体レーザチッ
プ8の寸法は、ほぼ400×300×100μmであ
る。
【0018】なお、半導体レーザチップ側のAu層4a
は、金属細線の接合領域として働くのに、金属製放熱体
側のAu層4b は、はんだ層の一部として機能する。半
導体レーザチップ側のAu層4a の一部もしくは全面に
Pt層6を形成するのは、半導体レーザチップを電気的
に浮かせるか否かにより決定する。電気的に浮かせるの
は、半導体レーザチップ及びサブマウント方向に電流を
流すか、それとも厚さ方向の途中から反転させて流すか
にかかっている。
【0019】図1や図2のように半導体レーザチップ8
側のAu層4a 最上層の一部にPt層6とAuSnはん
だ層7を被覆する時は、半導体レーザを含む電子回路用
の部品を、露出するAu層4a 最上層の一部に例えば金
細線を熱圧着手段により設ける。
【0020】一方、放熱金属体側に設けるAu層4bに
は、Au−Snはんだ層7を例えば4Αμmに形成し
て、半導体レ−ザチップ側のそれより薄くする。即ち、
はんだの総量により決定する固化時間は、両層の差が
1.2μm程度あれば差が生じて、組立工程が有利にな
る。
【0021】組立工程としては、先ず前記の各層を積み
重ねたサブマウント1を図2に示す金属製放熱板9に金
属製放熱板側(以後金属製放熱板側を下側、半導体レー
ザチップ側を上側と記載する)のAuSnはんだ層7に
はんだ付けするが、金属製放熱板9を固定する支持台を
約300℃に予め昇温しておく。この時、AnSnはん
だ層7とAu4b 層は、互いに反応してある時間経過す
ると最初の組成と異なるAuSn層となりサブマウント
1と金属製放熱板9を強固に接着する。図2のAnSn
はんだ層7は、反応後の状態を明らかにしており、Au
4b 層を省略した。なおはんだ付け時間は、1分程度が
目安であり、このはんだ付け工程に続く上側のAuSn
はんだ付けに必要な位置合せに要するに足る時間であ
る。
【0022】次に例えばいわゆるマウンタに取付けた減
圧機構に連通する矢弦タイプの支持体(図示せず)に、
保持した半導体レーザチップ8は、マウンタの稼働によ
りサブマウント1に設置する溶融AnSnはんだ層7に
限り無く接近させ、しかもサブマウント1の外面を基準
として位置合せしてから両者を接触してはんだ付けを行
う。なお、窒素ガスを吹付けることにより冷却する。
【0023】この時、金属製放熱板側のAuSnはんだ
層7と金属製放熱板9のはんだ付けにより両者が固定状
態となっているために、後のはんだ付けが極めて容易に
進行する。このようなはんだ付け工程は、極めて円滑に
進行するので所要時間も少なく、一温度管理による工程
で連続的に接着することできるので、工程の短縮を図る
ことができる。
【0024】上側のAuSn半田7層の溶融に際して
は、バリア層であるPt層6の存在によりAu4a 層と
反応せずはんだとしての性質を保つことになり、金細線
を熱圧着するのに適した状態が維持できる。
【0025】本実施例では、サブマウト1の材料として
AlNを用いたが、SiCやダイヤモンド、Siのよう
な熱伝導の良い材料も使用可能であり、SiCのように
比較的はんだ材料との反応が激しく、長時間放置すると
Pt層3、6を越えて反応が進むものに対しては、上側
のAuSnはんだ7の厚さ下側のそれより厚くすること
により同様な効果が得られる。
【0026】更に、はんだについては、Auと反応し易
い材料AuGe、AuSi&)及びInPbなども十分
適用できる。
【0027】
【発明の効果】以上のように本発明によれは、位置調整
が容易で、Au細線の熱圧着領域が確保しつつ、一温度
制御によるサブマウント−金属製放熱板間、サブマウン
ト−半導体レーザチツプ間の連続接着ができるので、工
程の短縮が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる半導体レーザ用サブマウントの
一実施例の断面図である。
【図2】サブマウントに半導体レーザチップを本発明に
より接着後の要部の断面図である。
【図3】従来の半導体レーザチップ用サブマウントの断
面図である。
【符号の説明】
1:サブマウント、 2:Ti層、 3、6:Pt層、 4a,4b :Au層、 7:AuSnはんだ層、 8:半導体レーザチップ、 9:金属製放熱板。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体レ−ザチップを被着するサブマウ
    ント基板と、前記サブマウント基板の一面に接着する金
    属製放熱体と、前記サブマウント基板と金属製放熱体間
    以下の順に形成するTi層、Pt層、Au層及びはん
    だ層と、前記サブマウント基板の半導体レ−ザチップ側
    の面に重ねて形成するTi層、Pt層、Au層と、前記
    半導体レ−ザチップに形成しかつサブマウント基板の半
    導体レ−ザチップ側の面に形成するAu層に重ねるPt
    層と前記Pt層に積層し前記サブマウント基板の金属
    製放熱体側のはんだ層と同成分から成りその厚さより大
    きい厚さのはんだを具備することを特徴とする半導体レ
    −ザ用サブマウント
  2. 【請求項2】 前記サブマウント基板の半導体レ−ザチ
    ップ側の面に形成するAu層に半導体レ−ザチップに
    設置するPt層を選択的に重ねかつサブマウント基板
    の金属製放熱体側のはんだ層と同成分から成りその厚さ
    より大きい厚さのはんだを具備することを特徴とする前
    記請求項1記載の半導体レ−ザ用サブマウント
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