JPH02254780A - 半導体レーザ素子組み立て用のろう材 - Google Patents
半導体レーザ素子組み立て用のろう材Info
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- JPH02254780A JPH02254780A JP7694189A JP7694189A JPH02254780A JP H02254780 A JPH02254780 A JP H02254780A JP 7694189 A JP7694189 A JP 7694189A JP 7694189 A JP7694189 A JP 7694189A JP H02254780 A JPH02254780 A JP H02254780A
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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】
〔産業上の利用分野〕
不発明は半導体レーザ素子を放熱体に接合するために用
いるろう材に関する。
いるろう材に関する。
半導体レーザ素子は、活性層から発生する熱を逃すため
に、通常活性層に近い万に設けた電極を放熱体に接合す
るＪｕｎｃｔｉｏｎＤｏｗｎ万式１こ組み立てられる。
に、通常活性層に近い万に設けた電極を放熱体に接合す
るＪｕｎｃｔｉｏｎＤｏｗｎ万式１こ組み立てられる。
第３図はこの状態を説明するための模式断面図である。
ｊｌ！３図においてチップ状の半導体レーザ素子１は活
性層２を有し、素子１の両面にそれぞれ電極金属３．４
を設けであるが、活性層２のほかのエピタキシアル成長
にようて形成される各半導体層については図示を省略し
である。電極金属３．４はいずれも表面をろう付は性の
良好なＡｕ層とする多層金属膜からなる。半導体レーザ
素子１の放熱のために接合する放熱体５には金属層６と
ろう材としてはんだ層７を形成してあり、金属層６も表
面はＡｕからなる多層薄膜であり、はんだ層７はＳｎま
たはＳｎ合金などの低融点合金が用いられる。
性層２を有し、素子１の両面にそれぞれ電極金属３．４
を設けであるが、活性層２のほかのエピタキシアル成長
にようて形成される各半導体層については図示を省略し
である。電極金属３．４はいずれも表面をろう付は性の
良好なＡｕ層とする多層金属膜からなる。半導体レーザ
素子１の放熱のために接合する放熱体５には金属層６と
ろう材としてはんだ層７を形成してあり、金属層６も表
面はＡｕからなる多層薄膜であり、はんだ層７はＳｎま
たはＳｎ合金などの低融点合金が用いられる。
この半導体レーザ素子１と放熱体５とを接合するには、
活性層２に近い万の電極金属３の表面をはんだ層７の表
面に位置合わせするが、このとき電極金属３とはんだ層
７はいずれもほぼ点綴の位置にあり、そして上方すなわ
ち電極金属４の万から素子ｌを加圧しながら、はんだ層
７の融点以上に加熱することにより半導体レーザ素子１
と放熱体５を接合させる。
活性層２に近い万の電極金属３の表面をはんだ層７の表
面に位置合わせするが、このとき電極金属３とはんだ層
７はいずれもほぼ点綴の位置にあり、そして上方すなわ
ち電極金属４の万から素子ｌを加圧しながら、はんだ層
７の融点以上に加熱することにより半導体レーザ素子１
と放熱体５を接合させる。
このようなＪｕｎｃＨｏｎ Ｄｏｗｎ万式による組み立
ては、半導体レーザ素子１の電極金属３と放熱体５の金
属層６とをはんだ層７を介在させて、このはんだ層７を
溶融凝固させた後固定することにより、放熱体５に対し
て半導体レーザ素子１の活性層２の点線で囲つた発光領
域８を距離的に近づけ、素子１の入力時に発光領域８の
近傍で発生する熱を効率よく放散させるようにしたもの
である。
ては、半導体レーザ素子１の電極金属３と放熱体５の金
属層６とをはんだ層７を介在させて、このはんだ層７を
溶融凝固させた後固定することにより、放熱体５に対し
て半導体レーザ素子１の活性層２の点線で囲つた発光領
域８を距離的に近づけ、素子１の入力時に発光領域８の
近傍で発生する熱を効率よく放散させるようにしたもの
である。
しかしながら、はんだ層７を介したＪｕｎｃ ｔ ｉｏ
ｎ］）□ｗｎ万式の組み立てには次のような問題がある
。
ｎ］）□ｗｎ万式の組み立てには次のような問題がある
。
すなわち、放熱体５への半導体レーザ素子ｌの接合時に
溶融はんだが盛り上がり、はんだ凝固後に第３図に示し
たような形のはんだ溜り７ａ、７ｂを形成することであ
る。所が、活性層２およびその発光領域８は、電極金属
３から僅か２〜３μｍしか上刃に識れていないために、
はんだ榴りＬａ。
溶融はんだが盛り上がり、はんだ凝固後に第３図に示し
たような形のはんだ溜り７ａ、７ｂを形成することであ
る。所が、活性層２およびその発光領域８は、電極金属
３から僅か２〜３μｍしか上刃に識れていないために、
はんだ榴りＬａ。
７１．１などが形成されると、これらによつて半導体レ
ーザ素子１自体に電気的な短絡を生ずるか、もしくは発
光領域８から出射するレーザ光を逍ぎりてしまうという
、１！襲が起こる。これを防ぐために、はんだ層７の厚
さを高精度に制御するとともに、接合条件を厳密に管理
するなどして、一定の歩留りを保持し得るようになって
きているが、そのほかにもはんだ層７の表面の酸化に起
因する電極金属３との接合不良や、はんだ層７の熱伝導
性が低いことから、放熱効果の不足など種々な不都合が
みられ、さらに接合歩溜りを高めることが望まれている
。
ーザ素子１自体に電気的な短絡を生ずるか、もしくは発
光領域８から出射するレーザ光を逍ぎりてしまうという
、１！襲が起こる。これを防ぐために、はんだ層７の厚
さを高精度に制御するとともに、接合条件を厳密に管理
するなどして、一定の歩留りを保持し得るようになって
きているが、そのほかにもはんだ層７の表面の酸化に起
因する電極金属３との接合不良や、はんだ層７の熱伝導
性が低いことから、放熱効果の不足など種々な不都合が
みられ、さらに接合歩溜りを高めることが望まれている
。
本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は半導体レーザ素子の性能に全く悪い影響を与えるこ
となく、半導体レーザ素子と放熱体との接合が可能なろ
う材を提供することｔこある。
的は半導体レーザ素子の性能に全く悪い影響を与えるこ
となく、半導体レーザ素子と放熱体との接合が可能なろ
う材を提供することｔこある。
上記課題を解決するために、本発明は半導体レーザ素子
組み立て用のろう材を、Ａｕの超微粉末をプレス底形し
、半導体レーザ素子の一表面を砥と放熱体の所定の表面
に設けた金属層との間に載置して、これら双方と拡散接
合が可能な箔としたものである。
組み立て用のろう材を、Ａｕの超微粉末をプレス底形し
、半導体レーザ素子の一表面を砥と放熱体の所定の表面
に設けた金属層との間に載置して、これら双方と拡散接
合が可能な箔としたものである。
金属の超微粉末は、同じ材料の展延材などに比べて融点
が著しく低下する。融点降下の厘因は、微粉末になるほ
ど表面原子のもつエネルギ状態が扁く、小さなエネルギ
ーで結晶格子の乱れを生ずることにある。したがって半
導体レーザ素子の電極と放熱体の金、慎重との間にろう
材としてＡｕのｉ＃粉末を箔状にしてはさんでおくと、
通常１０６４℃の融点をもつＡｕでも融点よりはるかに
低温の３５０℃程度で、素子の電極や放熱体の金属層の
Ａｕと、固体間のＡｕ同士の拡散が盛んになり、これら
が一体となる拡散接合が可能となる。このように不発明
ではろう材として１００Ａ８にのＡｕの超微粉末を用い
ているので、ろう材を浴融する必要がなく、浴融したろ
うが流れ出すということもなく、精度の高い接合ができ
Ａｕを用いているために表面酸化もほとんどない。
が著しく低下する。融点降下の厘因は、微粉末になるほ
ど表面原子のもつエネルギ状態が扁く、小さなエネルギ
ーで結晶格子の乱れを生ずることにある。したがって半
導体レーザ素子の電極と放熱体の金、慎重との間にろう
材としてＡｕのｉ＃粉末を箔状にしてはさんでおくと、
通常１０６４℃の融点をもつＡｕでも融点よりはるかに
低温の３５０℃程度で、素子の電極や放熱体の金属層の
Ａｕと、固体間のＡｕ同士の拡散が盛んになり、これら
が一体となる拡散接合が可能となる。このように不発明
ではろう材として１００Ａ８にのＡｕの超微粉末を用い
ているので、ろう材を浴融する必要がなく、浴融したろ
うが流れ出すということもなく、精度の高い接合ができ
Ａｕを用いているために表面酸化もほとんどない。
以下不発明を実施例に基づき説明する。
ｉ１図は本発明のろう材を用いて半導体レーザ素子を放
熱体に接合し、Ｊｕｎｃ ｔ ｔ。ｎ Ｄｏｗｎ万式で
組み立てた状態を示した模式断面図であり、第３図と共
通部分を同一符号で表わしである。第１図も基本的には
第３図の場合と同じであるが、！１図が第３図と異なる
所は、第３図のはんだ層７に相当する部分に、Ａｕの超
微粉末で炸裂したろう箔９を用いたことだけである。
熱体に接合し、Ｊｕｎｃ ｔ ｔ。ｎ Ｄｏｗｎ万式で
組み立てた状態を示した模式断面図であり、第３図と共
通部分を同一符号で表わしである。第１図も基本的には
第３図の場合と同じであるが、！１図が第３図と異なる
所は、第３図のはんだ層７に相当する部分に、Ａｕの超
微粉末で炸裂したろう箔９を用いたことだけである。
Ａｕの超微粉末を用いて、ろう箔９を炸裂するのは次の
ように行なう。蒸発法もしくは塩化金などの湿式還元法
により製造された平均粒径ＸＯＯ，ニーのＡｕ超微粉末
を常温プレスで成形し、厚ざ２０ ｔ＋ｍ 。
ように行なう。蒸発法もしくは塩化金などの湿式還元法
により製造された平均粒径ＸＯＯ，ニーのＡｕ超微粉末
を常温プレスで成形し、厚ざ２０ ｔ＋ｍ 。
０．５鶴角のろう箔９とする。このとき、成形強度を高
めるために、ニトロセルローズのヨウナバインダを少量
混合しておくのがよい。このろう箔９を用いてチップ状
の半導体レーザ素子１と放熱体５を接合するには、図示
してない熱板上で、放熱体５の金属層６上の所定の位置
１ころう箔９を載せ、さらにその上に素子ｌの電極金属
３の万を位置合わせした後％素子１の１１Ｌ極金！ｆ４
４側の上刃から、Ｚｏｏ ｇｒの′Ｘ鑑を載せて刃口圧
し、熱板により全体を加熱する。このようにするとろう
箔９を溶融させることなく、ＡＵの微粉末は融点よりか
なり低い温度で、原子の拡散によって、電他金Ｒ３と金
属屑６の双方に強固に接合することができる。
めるために、ニトロセルローズのヨウナバインダを少量
混合しておくのがよい。このろう箔９を用いてチップ状
の半導体レーザ素子１と放熱体５を接合するには、図示
してない熱板上で、放熱体５の金属層６上の所定の位置
１ころう箔９を載せ、さらにその上に素子ｌの電極金属
３の万を位置合わせした後％素子１の１１Ｌ極金！ｆ４
４側の上刃から、Ｚｏｏ ｇｒの′Ｘ鑑を載せて刃口圧
し、熱板により全体を加熱する。このようにするとろう
箔９を溶融させることなく、ＡＵの微粉末は融点よりか
なり低い温度で、原子の拡散によって、電他金Ｒ３と金
属屑６の双方に強固に接合することができる。
その接合温度と接合部のせん断強度の関係を、種々の温
度条件で実験した結果、得られた線図を第２図に示した
。第２図は縦軸をせん断強度として半導体レーザ素子１
の破壌強度を１とする規格埴、横軸を接合温度とする線
図で表わしたものである。なお各温度における保持時間
はいずれも６０秒と一定にしである。第２図かられかる
ように、本発明のろう材を用いることにより、３５０℃
から強固な受合状態が得られることがわかる。
度条件で実験した結果、得られた線図を第２図に示した
。第２図は縦軸をせん断強度として半導体レーザ素子１
の破壌強度を１とする規格埴、横軸を接合温度とする線
図で表わしたものである。なお各温度における保持時間
はいずれも６０秒と一定にしである。第２図かられかる
ように、本発明のろう材を用いることにより、３５０℃
から強固な受合状態が得られることがわかる。
以上のように本発明のろう材は放熱体５と半導体レーザ
素子１との間に介在させて、浴融することなく、Ａｕの
、融点より遥かに低い温度に加熱するだけで強固な接合
を可能とするものであるから、７Ｉｒｌ＃ｌ中の位置ず
れを生ずることもなく、接合後も第１図にみられるよう
に！形を保持しており、高精度に半導体レーザ素子１を
固定することができ。
素子１との間に介在させて、浴融することなく、Ａｕの
、融点より遥かに低い温度に加熱するだけで強固な接合
を可能とするものであるから、７Ｉｒｌ＃ｌ中の位置ず
れを生ずることもなく、接合後も第１図にみられるよう
に！形を保持しており、高精度に半導体レーザ素子１を
固定することができ。
発光領域８には何ら影響を与えるものではない。
そのほか本発明のろう材は、従来の低融点はんだに比べ
て極めて熱伝導度の高いＡｕを用いていることから、放
熱体５側への熱拡散が効率よく行なわれることと％ Ａ
ｕは酸化に対して安定であり、はんだのように表面酸化
による接合不良を生じないという利点もある。なお以上
のことから本発明のろう材は半導体１ノ−ザ素子のＪｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｕｐ万式の組み立てに適用できることは
勿論である。
て極めて熱伝導度の高いＡｕを用いていることから、放
熱体５側への熱拡散が効率よく行なわれることと％ Ａ
ｕは酸化に対して安定であり、はんだのように表面酸化
による接合不良を生じないという利点もある。なお以上
のことから本発明のろう材は半導体１ノ−ザ素子のＪｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｕｐ万式の組み立てに適用できることは
勿論である。
以上述べたように、半導体レーザ素子と放熱体とを接合
するろう材として１本発明では、１００人程度のＡｕの
超微粉末の箔状に成形したものを用いたために、これを
半導体１／−ザ素子と放熱体との間にはさんで加圧し、
ろう材の融点より遥かに低い温度で拡散接合することを
可能としたために、ろう材が流出して素子の湖面に廻り
込んで素子の特性を損なうことは全くな（なり、またろ
う材を浴融させないので、接合後の素子の位置ずれなど
を起こすこともなく、高精度に固定された半導体レーザ
素子は、すぐれた放熱効果とともに安定な動作特性を発
揮することができる。
するろう材として１本発明では、１００人程度のＡｕの
超微粉末の箔状に成形したものを用いたために、これを
半導体１／−ザ素子と放熱体との間にはさんで加圧し、
ろう材の融点より遥かに低い温度で拡散接合することを
可能としたために、ろう材が流出して素子の湖面に廻り
込んで素子の特性を損なうことは全くな（なり、またろ
う材を浴融させないので、接合後の素子の位置ずれなど
を起こすこともなく、高精度に固定された半導体レーザ
素子は、すぐれた放熱効果とともに安定な動作特性を発
揮することができる。
第１図は本発明のろう材を用いて半導体レーザ素子と放
熱体とを接合した状態の模式断面図、ｊ！２図は本発明
のろう材を用いたときの接合温度と接合部のせん断強度
との関係を示す線図、第３図は低融点はんだ層により半
導体レーザ素子と放熱体とを接合した状態の模式断面図
である。 ｌ・・・半導体１／−ザ素子、２・・・活性層、３．４
・・・を種金属、５・・・放熱体、６・・・金１４層、
７・・・はんだ層、７ａ、７ｂ・・・はんだ溜り、８・
・・発光領域、９・・・ろう箔。 第１図 第３０
熱体とを接合した状態の模式断面図、ｊ！２図は本発明
のろう材を用いたときの接合温度と接合部のせん断強度
との関係を示す線図、第３図は低融点はんだ層により半
導体レーザ素子と放熱体とを接合した状態の模式断面図
である。 ｌ・・・半導体１／−ザ素子、２・・・活性層、３．４
・・・を種金属、５・・・放熱体、６・・・金１４層、
７・・・はんだ層、７ａ、７ｂ・・・はんだ溜り、８・
・・発光領域、９・・・ろう箔。 第１図 第３０
Claims (1)
- １）半導体レーザ素子の一表面電極と放熱体の所定の表
面に設けた金属層との間でこれら双方に接合される前記
半導体レーザ素子組み立て用のろう材であって、Ａｕの
超微粉末をプレス成形し、前記電極と前記金属層との間
に載置してこれら双方と拡散接合が可能な箔状としたこ
とを特徴とする半導体レーザ素子組み立て用のろう材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7694189A JPH02254780A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 半導体レーザ素子組み立て用のろう材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7694189A JPH02254780A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 半導体レーザ素子組み立て用のろう材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02254780A true JPH02254780A (ja) | 1990-10-15 |
Family
ID=13619771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7694189A Pending JPH02254780A (ja) | 1989-03-29 | 1989-03-29 | 半導体レーザ素子組み立て用のろう材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02254780A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1267421A4 (en) * | 2000-03-01 | 2006-03-01 | Hamamatsu Photonics Kk | SEMICONDUCTOR LASER DEVICE |
-
1989
- 1989-03-29 JP JP7694189A patent/JPH02254780A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1267421A4 (en) * | 2000-03-01 | 2006-03-01 | Hamamatsu Photonics Kk | SEMICONDUCTOR LASER DEVICE |
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