JPH02128486A - 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの接合層 - Google Patents
半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの接合層Info
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は半導体レーザ素子に設けられる予備はんだ層に
関する。
関する。
半導体レーザ素子が室温で連続発振するのを長期間継続
させ、その長寿命を保持するためには、半導体レーザ素
子の活性層から発生する熱を効率よく放散して動作温度
を下げることが必要である。
させ、その長寿命を保持するためには、半導体レーザ素
子の活性層から発生する熱を効率よく放散して動作温度
を下げることが必要である。
そこで素子をヒートシンク（放熱体）にはんだ付けする
ことにより、この熱を逃がすようにしているが、そのと
き素子の活性層に近い側の端面をヒートシンクに接合す
るＵＰ−３Ｉ ＤＥ−ＤＯＷＮ方式が一般に採用されて
いる。所が半導体レーザ素子とヒートシンクは熱膨張係
数が大きく異なるため、これらを直接接合すると、はん
だの溶融後の凝固過程で半導体レーザ素子の活性層に生
ずる内部応力によりダークラインと呼ばれる転移網が発
生して素子の発振しきい値電流が上昇し、逐には発振不
可能となってしまう。
ことにより、この熱を逃がすようにしているが、そのと
き素子の活性層に近い側の端面をヒートシンクに接合す
るＵＰ−３Ｉ ＤＥ−ＤＯＷＮ方式が一般に採用されて
いる。所が半導体レーザ素子とヒートシンクは熱膨張係
数が大きく異なるため、これらを直接接合すると、はん
だの溶融後の凝固過程で半導体レーザ素子の活性層に生
ずる内部応力によりダークラインと呼ばれる転移網が発
生して素子の発振しきい値電流が上昇し、逐には発振不
可能となってしまう。
これを防ぐためにインジウムなどの軟らかいはんだを用
いてヒートシンクに半導体レーザ素子を接合し、活性層
に生ずる内部応力を吸収するという方法もあるが、これ
は接合強度の点で十分でなく、剥れやすいという欠点が
ある。そのためヒートシンクと半導体レーザ素子との間
に、半導体レーザ素子のＧａＡｓ基板と熱膨張係数のほ
ぼ等しいシリコンやモリブデンなどをヒートシンクの一
部として介在させたサブマウントの上に、錫などのはん
だを用いて半導体レーザ素子を接合することにより、接
合強度や熱抵抗を満足することが可能となり、通常この
ような方法がとられている。
いてヒートシンクに半導体レーザ素子を接合し、活性層
に生ずる内部応力を吸収するという方法もあるが、これ
は接合強度の点で十分でなく、剥れやすいという欠点が
ある。そのためヒートシンクと半導体レーザ素子との間
に、半導体レーザ素子のＧａＡｓ基板と熱膨張係数のほ
ぼ等しいシリコンやモリブデンなどをヒートシンクの一
部として介在させたサブマウントの上に、錫などのはん
だを用いて半導体レーザ素子を接合することにより、接
合強度や熱抵抗を満足することが可能となり、通常この
ような方法がとられている。
第２図はこの状態を説明するための模式断面図であり、
前述のＵＰ−３Ｉ ＤＥ−ＤＯＷＮ方式によるものであ
る。第２図においてサブマウントであるシリコン板１の
片面の鏡面研磨面に接着層としてチタン層２．はんだ溶
食防止層として白金層３をスパッタなどで形成した後、
錫のはんだ層４を蒸着法またはメツキ法により形成する
。チタン層２を形成することによりシリコン板１と白金
層３とが十分な接着強度を有し、白金層３上への錫はん
だ層４の形成は容易であり、素子をチップとする機械加
工に対しても支障がない。このようにシリコン板１の上
にチタン層２．白金層３．はんだ層４からなる接合層５
の上に半導体レーザ素子６を載せ約２６０°Ｃに加熱し
、はんだ層４を溶融凝固させ、サブマウントのシリコン
板１に半導体レーザ素子６を接合する。なおシリコン板
１の非鏡面研磨面にも同様にチタン層２．白金層３．は
んだ層４からなる接合層５を形成し、この面ではヒート
シンク本体７に接合される。
前述のＵＰ−３Ｉ ＤＥ−ＤＯＷＮ方式によるものであ
る。第２図においてサブマウントであるシリコン板１の
片面の鏡面研磨面に接着層としてチタン層２．はんだ溶
食防止層として白金層３をスパッタなどで形成した後、
錫のはんだ層４を蒸着法またはメツキ法により形成する
。チタン層２を形成することによりシリコン板１と白金
層３とが十分な接着強度を有し、白金層３上への錫はん
だ層４の形成は容易であり、素子をチップとする機械加
工に対しても支障がない。このようにシリコン板１の上
にチタン層２．白金層３．はんだ層４からなる接合層５
の上に半導体レーザ素子６を載せ約２６０°Ｃに加熱し
、はんだ層４を溶融凝固させ、サブマウントのシリコン
板１に半導体レーザ素子６を接合する。なおシリコン板
１の非鏡面研磨面にも同様にチタン層２．白金層３．は
んだ層４からなる接合層５を形成し、この面ではヒート
シンク本体７に接合される。
しかしながら、第２図のようにして半導体レーザ素子６
をサブマウントのシリコン板１を介してヒートシンク７
に接合するとき、溶融したはんだ層４の錫と白金層３と
の間に界面張力が働き、数μｍの錫の微小突起によるう
ねりが生じ、素子６中の活性層８の領域が溶融はんだの
中に沈み、これが微小突起にまで達し、素子の短絡不良
を起こす。
をサブマウントのシリコン板１を介してヒートシンク７
に接合するとき、溶融したはんだ層４の錫と白金層３と
の間に界面張力が働き、数μｍの錫の微小突起によるう
ねりが生じ、素子６中の活性層８の領域が溶融はんだの
中に沈み、これが微小突起にまで達し、素子の短絡不良
を起こす。
本発明の目的は、半導体レーザ素子をヒートシンクにマ
ウントする際のはんだのうねりによる素子の短絡不良を
低減するように、サブマウントに形成する接合層を提供
することにある。
ウントする際のはんだのうねりによる素子の短絡不良を
低減するように、サブマウントに形成する接合層を提供
することにある。
上記課題を解決するために本発明は半導体レーザ素子と
ヒートシン４の間に介在してこれら双方に接合される半
導体レーザ素子放熱体のサブマウントの上下両面に形成
する接合層として、このサブマウント表面から、チタン
層、白金層、金層。
ヒートシン４の間に介在してこれら双方に接合される半
導体レーザ素子放熱体のサブマウントの上下両面に形成
する接合層として、このサブマウント表面から、チタン
層、白金層、金層。
錫または金錫共晶合金層の順に、これらを積層したもの
である。
である。
本発明によるサブマウント上の接合層の構成は白金層の
上に直接銀はんだ層が位置するのではなく、これらの間
に金層が介在しているために錫が溶融したとき、金と高
融点の金錫合金をつくり、表面が平坦なまま保持され、
また錫の代りに共晶組成の金錫合金を用いても溶融時間
が長く均一に凝固するから表面が平坦な接合が可能とな
る。
上に直接銀はんだ層が位置するのではなく、これらの間
に金層が介在しているために錫が溶融したとき、金と高
融点の金錫合金をつくり、表面が平坦なまま保持され、
また錫の代りに共晶組成の金錫合金を用いても溶融時間
が長く均一に凝固するから表面が平坦な接合が可能とな
る。
以下本発明を実施例に基づき説明する。
第１図は第２図と同様に半導体レーザ素子をヒートシン
クに接合する状態を示した本発明における模式断面図で
あり、第２図と共通部分を同一符号で表わしである。第
１図と第２図の比較から明らかなように本発明が従来と
異なる所は、接合層５ａがチタン層２．白金層３．金層
９．錫はんだ層４からなり、白金層３と錫はんだ層４と
の間に金層９が介在していることである。
クに接合する状態を示した本発明における模式断面図で
あり、第２図と共通部分を同一符号で表わしである。第
１図と第２図の比較から明らかなように本発明が従来と
異なる所は、接合層５ａがチタン層２．白金層３．金層
９．錫はんだ層４からなり、白金層３と錫はんだ層４と
の間に金層９が介在していることである。
第１図ではまず比抵抗０．００５Ω■の片面を鏡面研磨
したシリコン板１の非鏡面研磨面にチタン層２を９．０
５μｍ、白金層３を０．５ μｍ、金層９を０．１μｍ
の厚さにそれぞれスパッタし積層形成する。そしてこれ
らのオーミックコンタクトをとるために５００°Ｃで５
分間の熱処理を行う。比抵抗が０．１Ω口以下であれば
容易にオーミックコンタクトがとれる。さらに両面に錫
のはんだ層４を２μｍの厚さにスパッタ形成するがはん
だ層４は錫の代りに金錫共晶合金を用いてもよい。かく
してシリコン板１の鏡面研磨面と非鏡面研磨面にチタン
層２．白金層３．金層９．錫はんだ層４からなる接合層
５ａが形成されるが、半導体レーザ素子６が接合される
のは鏡面研磨面側であるのは第２図の場合と同様である
。その接合は接合層９を形成してから、サブマウントを
ｌＸ１ｍｍ角に切断した後、レーザ素子６を所定の位置
に載せ所定温度に加熱冷却することにより行われる。な
おヒートシンク７が接合される側のはんだ層４は錫を含
む鉛合金を用いることも可能である。
したシリコン板１の非鏡面研磨面にチタン層２を９．０
５μｍ、白金層３を０．５ μｍ、金層９を０．１μｍ
の厚さにそれぞれスパッタし積層形成する。そしてこれ
らのオーミックコンタクトをとるために５００°Ｃで５
分間の熱処理を行う。比抵抗が０．１Ω口以下であれば
容易にオーミックコンタクトがとれる。さらに両面に錫
のはんだ層４を２μｍの厚さにスパッタ形成するがはん
だ層４は錫の代りに金錫共晶合金を用いてもよい。かく
してシリコン板１の鏡面研磨面と非鏡面研磨面にチタン
層２．白金層３．金層９．錫はんだ層４からなる接合層
５ａが形成されるが、半導体レーザ素子６が接合される
のは鏡面研磨面側であるのは第２図の場合と同様である
。その接合は接合層９を形成してから、サブマウントを
ｌＸ１ｍｍ角に切断した後、レーザ素子６を所定の位置
に載せ所定温度に加熱冷却することにより行われる。な
おヒートシンク７が接合される側のはんだ層４は錫を含
む鉛合金を用いることも可能である。
本発明では以上のように白金層３とはんだ層４の間に金
層９を介在させたために、はんだ層４の錫が溶融凝固す
る間に金錫合金をつくり、表面が平坦のまま半導体レー
ザ素子６が接合されるので、その活性層８の位置する領
域には殆ど溶融はんだの影響がなくなる。
層９を介在させたために、はんだ層４の錫が溶融凝固す
る間に金錫合金をつくり、表面が平坦のまま半導体レー
ザ素子６が接合されるので、その活性層８の位置する領
域には殆ど溶融はんだの影響がなくなる。
したがって、従来光に述べたサブマウントへのはんだ付
けによる短絡不良が５０％程度はあったのに対し、本発
明の接合層を形成したことにより短絡による不良は著し
く減り、素子の平均的な歩留りは９５％に達することが
できた。
けによる短絡不良が５０％程度はあったのに対し、本発
明の接合層を形成したことにより短絡による不良は著し
く減り、素子の平均的な歩留りは９５％に達することが
できた。
半導体レーザ素子から発生する熱を逃すために通常ヒー
トシンクのサブマウントに、半導体レーザ素子をＵＰ−
３Ｉ ＤＥ−ＤＯＷＮ方式にはんだ付けを行うが、サブ
マウントに形成する接合層が表面からチタン層、白金層
、よ錫はんだ層となっていたので、はんだ層が溶融した
とき表面が凹凸になり、半導体レーザ素子の活性層領域
まではんだが到達して素子の短絡不良を多く生じたが、
本発明ではサブマウントの接合層のうち、白金層と錫は
んだ層との間にもう一つ金層を介在させるようにしたた
め、はんだが溶融すると金との合金をつくって凹凸なく
−様な表面で凝固するので半導体レーザ素子と平坦な接
合が可能となり、素子の活性層にはなんらはんだ付けの
影響を及ぼすことなく、しかも大きな接合強度と低い熱
抵抗の接合が得られ、短絡不良の発生を著しく低減させ
ることができた。
トシンクのサブマウントに、半導体レーザ素子をＵＰ−
３Ｉ ＤＥ−ＤＯＷＮ方式にはんだ付けを行うが、サブ
マウントに形成する接合層が表面からチタン層、白金層
、よ錫はんだ層となっていたので、はんだ層が溶融した
とき表面が凹凸になり、半導体レーザ素子の活性層領域
まではんだが到達して素子の短絡不良を多く生じたが、
本発明ではサブマウントの接合層のうち、白金層と錫は
んだ層との間にもう一つ金層を介在させるようにしたた
め、はんだが溶融すると金との合金をつくって凹凸なく
−様な表面で凝固するので半導体レーザ素子と平坦な接
合が可能となり、素子の活性層にはなんらはんだ付けの
影響を及ぼすことなく、しかも大きな接合強度と低い熱
抵抗の接合が得られ、短絡不良の発生を著しく低減させ
ることができた。
第１図は本発明の接合層をも′ったサブマウントへの半
導体レーザ素子およびヒートシンクの接合状態を示す模
式断面図、第２図は同じ〈従来の接合層をもつサブマウ
ントへの接合状態を示す模式断面図である。 １：サプマウント、２：チタン層、３：白金層４：錫は
んだ層、５，５ａ：接合層、６：半導体レーザ素子、７
：ヒートシンク（放熱体）、８：活性層、９：金層。
導体レーザ素子およびヒートシンクの接合状態を示す模
式断面図、第２図は同じ〈従来の接合層をもつサブマウ
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んだ層、５，５ａ：接合層、６：半導体レーザ素子、７
：ヒートシンク（放熱体）、８：活性層、９：金層。
Claims (1)
- １）半導体レーザ素子と放熱体との間に介在してこれら
双方に接合される前記放熱体のサブマウントの上下両面
に形成する接合層であって、このサブマウント表面から
順にチタン層、白金層、金層、錫はんだ層または金錫共
晶合金はんだ層を積層してなることを特徴とする半導体
レーザ素子のサブマウントの接合層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28157388A JPH02128486A (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの接合層 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28157388A JPH02128486A (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの接合層 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02128486A true JPH02128486A (ja) | 1990-05-16 |
Family
ID=17641066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28157388A Pending JPH02128486A (ja) | 1988-11-08 | 1988-11-08 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウントの接合層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02128486A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11298046A (ja) * | 1998-03-18 | 1999-10-29 | Trw Inc | 微小光学半導体レンズの製造方法 |
| WO2002056952A3 (en) * | 2001-01-17 | 2003-10-02 | Medtronic Ave Inc | Miniature x-ray device and method of its manufacture |
| US7009299B2 (en) * | 1998-11-20 | 2006-03-07 | Agere Systems, Inc. | Kinetically controlled solder |
| JP2006332435A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Sharp Corp | サブマウント、半導体レーザ装置およびその製造方法、ホログラムレーザ装置、並びに光ピックアップ装置 |
-
1988
- 1988-11-08 JP JP28157388A patent/JPH02128486A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11298046A (ja) * | 1998-03-18 | 1999-10-29 | Trw Inc | 微小光学半導体レンズの製造方法 |
| US7009299B2 (en) * | 1998-11-20 | 2006-03-07 | Agere Systems, Inc. | Kinetically controlled solder |
| WO2002056952A3 (en) * | 2001-01-17 | 2003-10-02 | Medtronic Ave Inc | Miniature x-ray device and method of its manufacture |
| JP2006332435A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Sharp Corp | サブマウント、半導体レーザ装置およびその製造方法、ホログラムレーザ装置、並びに光ピックアップ装置 |
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