JP6902166B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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まず、本開示の実施の形態の説明に先立ち、本開示の一態様を得るに至った経緯について説明する。
まず、実施の形態1に係る半導体発光装置1について、図9および図10を用いて説明する。図9は、実施の形態1に係る半導体発光装置1の構成を示す断面図である。図10は、同半導体発光装置1におけるサブマウント20の底面図である。
次に、実施の形態1の変形例に係る半導体発光装置1Aについて、図20および図21を用いて説明する。図20は、実施の形態1の変形例に係る半導体発光装置1Aの構成を示す断面図である。図21は、同半導体発光装置1Aにおけるサブマウント20Aの底面図である。半導体レーザ10は、スペーサ22が配置されている底面側(第2の主面21b側)とは反対側(第1の主面21a側)に配置されており、図21においては、スペーサ22の配置とともに、サブマウント本体21をはさんで配置される半導体レーザ10の位置が示されている。
次に、実施の形態2に係る半導体発光装置2について、図26を用いて説明する。図26は、実施の形態2に係る半導体発光装置2の構成を示す断面図である。
以上、本開示に係る半導体発光装置について、実施の形態1、2に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態1、2に限定されるものではない。
10 半導体レーザ
11 半導体基板
12 n型半導体層
13 活性層
14 p型半導体層
15 絶縁層
16 p側電極
16a Pd層
16b Pt層
16c Au層
17 n側電極
17a Ti層
17b Pt層
17c Au層
18 密着補助層
18a Ti層
18b Pt層
19 Au層
20、20A、20B、20C、20D、20E、20X サブマウント
21 サブマウント本体
21a 第1の主面
21b 第2の主面
22 スペーサ
23 第1の金属膜
23a 第1の密着層
23b バリア層
23c 変質防止層
24 第2の金属膜
24a 第2の密着層
24b バリア層
24c 表面層
25 第3の金属膜
25a 第3の密着層
25b バリア層
25c 表面層
26 第4の金属膜
30 基体
31 ステムベース
32 ステムポスト
33 リードピン
41 第1の接合材
42 第2の接合材
50 金属膜
50a 下地層
50b 表面層
110 キャップ
111 板ガラス
1010 光半導体デバイスチップ
1020 サブマウント
1028 溝
1029 空洞
1030 放熱ブロック
1042 接合材
2010 チップ
2020 配線基板
2030 放熱基板
2042 接合材
2050 支持材
3010 発光素子
3020 セラミックス基板
3030 実装基板
3040 金属バンプ
Claims (43)
- 半導体発光装置であって、
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第1の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第2の接合材で接合され、
前記半導体発光装置は、125℃と−40℃との間の温度サイクルを1000回繰り返す温度サイクル試験後の動作電流Ifにおける光出力の低下が、前記温度サイクル試験前の動作電流Ifにおける光出力の20%以下であり、
前記第2の接合材の平均厚さをd[m]とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔT[K]とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαsub[K−1]とし、
前記基体の熱膨張係数をαstem[K−1]とし、
前記第2の接合材の剛性率をZ[GPa]とし、
前記サブマウントの幅をW[m]とし、
前記サブマウントの長さをL[m]とし、
前記第2の接合材のクラック発生臨界定数をC[GN/m]としたときに、以下の(式1)および(式2)を満たし、
半導体発光装置。 - 前記半導体発光素子は、半導体レーザであり、
前記半導体レーザは、当該半導体レーザにおける消費電力と光出力との差分が3W以上となる状態で動作する、
請求項1に記載の半導体発光装置。 - 半導体発光装置であって、
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第1の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第2の接合材で接合され、
前記半導体発光素子は、半導体レーザであり、
前記半導体レーザは、当該半導体レーザにおける消費電力と光出力との差分が3W以上となる状態で動作し、
前記第2の接合材の平均厚さをd[m]とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔT[K]とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαsub[K−1]とし、
前記基体の熱膨張係数をαstem[K−1]とし、
前記第2の接合材の剛性率をZ[GPa]とし、
前記サブマウントの幅をW[m]とし、
前記サブマウントの長さをL[m]とし、
前記第2の接合材のクラック発生臨界定数をC[GN/m]としたときに、以下の(式1)および(式2)を満たし、
半導体発光装置。 - 前記第1の接合材の厚さは、3μmより小さい、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 半導体発光装置であって、
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第1の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第2の接合材で接合され、
前記第1の接合材の厚さは、3μmより小さく、
前記第2の接合材の平均厚さをd[m]とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔT[K]とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαsub[K−1]とし、
前記基体の熱膨張係数をαstem[K−1]とし、
前記第2の接合材の剛性率をZ[GPa]とし、
前記サブマウントの幅をW[m]とし、
前記サブマウントの長さをL[m]とし、
前記第2の接合材のクラック発生臨界定数をC[GN/m]としたときに、以下の(式1)および(式2)を満たし、
半導体発光装置。 - 前記サブマウントの前記基体側の面に第1の金属膜が配置され、
前記第1の金属膜は、前記基体側の面から順に第1の密着層と変質防止層を有している、
請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 半導体発光装置であって、
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第1の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第2の接合材で接合され、
前記サブマウントの前記基体側の面に第1の金属膜が配置され、
前記第1の金属膜は、前記基体側の面から順に第1の密着層と変質防止層を有しており、
前記第2の接合材の平均厚さをd[m]とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔT[K]とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαsub[K−1]とし、
前記基体の熱膨張係数をαstem[K−1]とし、
前記第2の接合材の剛性率をZ[GPa]とし、
前記サブマウントの幅をW[m]とし、
前記サブマウントの長さをL[m]とし、
前記第2の接合材のクラック発生臨界定数をC[GN/m]としたときに、以下の(式1)および(式2)を満たし、
半導体発光装置。 - 前記第2の接合材は、前記基体上において、平面視で前記サブマウントの外側へ広がって形成されている、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記第2の接合材は、前記サブマウントの側面の少なくとも一部を覆っている、
請求項8に記載の半導体発光装置。 - 半導体発光装置であって、
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第1の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第2の接合材で接合され、
前記第2の接合材は、前記基体上において、平面視で前記サブマウントの外側へ広がって形成されており、
前記第2の接合材は、前記サブマウントの側面の少なくとも一部を覆っており、
前記第2の接合材の平均厚さをd[m]とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔT[K]とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαsub[K−1]とし、
前記基体の熱膨張係数をαstem[K−1]とし、
前記第2の接合材の剛性率をZ[GPa]とし、
前記サブマウントの幅をW[m]とし、
前記サブマウントの長さをL[m]とし、
前記第2の接合材のクラック発生臨界定数をC[GN/m]としたときに、以下の(式1)および(式2)を満たし、
半導体発光装置。 - 前記サブマウントの前記基体側には、スペーサが配置された第1の領域と、前記スペーサが配置されていない第2の領域とが存在し、
前記サブマウントは、前記第2の領域の少なくとも一部が前記第2の接合材で覆われることにより前記基体と接合されている、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 半導体発光装置であって、
基体と、
前記基体上に位置するサブマウントと、
前記サブマウント上に位置する半導体発光素子とを備え、
前記半導体発光素子と前記サブマウントとは、第1の接合材で接合され、
前記基体と前記サブマウントとは、第2の接合材で接合され、
前記サブマウントの前記基体側には、スペーサが配置された第1の領域と、前記スペーサが配置されていない第2の領域とが存在し、
前記サブマウントは、前記第2の領域の少なくとも一部が前記第2の接合材で覆われることにより前記基体と接合されており、
前記第2の接合材の平均厚さをd[m]とし、
前記半導体発光装置において保証する温度変化幅をΔT[K]とし、
前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数をαsub[K−1]とし、
前記基体の熱膨張係数をαstem[K−1]とし、
前記第2の接合材の剛性率をZ[GPa]とし、
前記サブマウントの幅をW[m]とし、
前記サブマウントの長さをL[m]とし、
前記第2の接合材のクラック発生臨界定数をC[GN/m]としたときに、以下の(式1)および(式2)を満たし、
半導体発光装置。 - 前記サブマウントは、サブマウント本体を有し、
前記スペーサは、前記サブマウント本体に設けられている、
請求項11または12に記載の半導体発光装置。 - 前記スペーサは、複数設けられている、
請求項13に記載の半導体発光装置。 - 少なくとも2つの前記スペーサの間は、前記第2の接合材で実質的に埋め込まれている、
請求項14に記載の半導体発光装置。 - 複数の前記スペーサは、2次元的に分散して配置されている、
請求項14または15に記載の半導体発光装置。 - 複数の前記スペーサのうち少なくとも一つは、前記半導体発光素子と重なっている、
請求項14〜16のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 隣り合う2つの前記スペーサの間隔は、100μm以上である、
請求項14〜17のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記サブマウント本体は、直方体であり、
前記スペーサは、少なくとも4個設けられており、
4個の前記スペーサの各々は、前記サブマウント本体の4つの角の付近に配置されている、
請求項13〜18のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記サブマウント本体の前記基体側の面には、前記スペーサが配置されていない角が存在する、
請求項13〜19のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記スペーサの側面は、前記サブマウント本体の側面から離れている、
請求項13〜19のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記スペーサの側面と前記サブマウント本体の側面との距離は、50μm以上である、
請求項21に記載の半導体発光装置。 - 前記スペーサの中心部の厚さは、前記スペーサの周辺部の厚さより厚い、
請求項13〜22のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記スペーサは、前記サブマウント本体の前記基体側の面と対面する第1の面と、前記第1の面とは反対側の第2の面と、前記第1の面と前記第2の面との間の側面である第3の面とを有する、
請求項13〜17のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記第2の面に、第2の金属膜が配置されている、
請求項24に記載の半導体発光装置。 - 前記第2の金属膜は、前記第3の面にも配置されている
請求項25に記載の半導体発光装置。 - 前記第2の金属膜は、前記第2の領域にも配置されている、
請求項26に記載の半導体発光装置。 - 前記第2の面と前記第3の面とは、第1の曲面で接続されている、
請求項24〜27のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記第3の面は、曲面を有する、
請求項24〜28のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記第3の面は、少なくとも第1の側面と第2の側面とを有し、
前記第1の側面と前記第2の側面とは、第2の曲面で接続されている、
請求項24〜29のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記第2の曲面の曲率半径は、25μm以上である、
請求項30に記載の半導体発光装置。 - 前記スペーサの最小幅は、50μm以上である、
請求項11〜31のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記スペーサの主成分は、Cu、Al、AuおよびAgの中から選ばれる金属、または、Cu、Al、AuおよびAgの少なくともいずれか一つを含む合金である、
請求項11〜33のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記基体の表面には複数の凹部が設けられ、
前記スペーサの厚さは、前記凹部の深さより大きい、
請求項11〜34のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記基体の最表面には、金層または金を含む層が1μm以上の厚さで形成されている、
請求項1〜35のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記第1の接合材の厚さは、前記第2の接合材の厚さより薄い、
請求項1〜36のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記サブマウントの前記基体側の面の面積は、0.6mm2以上である、
請求項1〜37のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記サブマウントのベース材料の熱伝導率は、130W・m−1・K−1以上である、
請求項1〜38のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記サブマウントのベース材料の熱膨張係数は、5×10−6K−1以下である、
請求項1〜39のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記基体の熱伝導率は、200W・m−1・K−1より大きい、
請求項1〜40のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記サブマウントのベース材料と前記基体の熱膨張係数の差は、11×10−6K−1より大きい、
請求項1〜41のいずれか1項に記載の半導体発光装置。 - 前記第2の接合材は、AuSn、AuGe、AuSi及びAuSbのいずれかで構成される、
請求項1〜42のいずれか1項に記載の半導体発光装置。
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