JPH03209896A - 半導体レーザ素子用サブマウント - Google Patents

半導体レーザ素子用サブマウント

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JPH03209896A
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Mitsuo Ishii
光男 石井
Shusuke Nishihara
西原　秀典
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Mitsubishi Electric Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザチップを放熱用金属ブロック
上に固着するためのサブマウントに関するものであり、
特にサブマウント基体の両面に形成されるメタライズ層
としてＡｕ　−ＡｕＳｂ　−Ａｕの３層構造からなるも
のを使用した半導体レーザ素子用サブマウントに関する
ものである。
〔従来の技術〕
半導体レーザは、これに電流を注入することにより発光
する電流−光変換デバイスであり、通常、構造的に微小
な領域から光を発生する。注入された電流のうち、発光
に寄与する電流成分を除く残りの電流成分は熱に変わる
が、この熱を如何に効率よく放散させてやるかによって
半導体レーザそのもの〜特性が大きく変ってくる。この
ような理由から、レーザチップは熱伝導の良い金属ブロ
ック上にマウントされる。この場合、レーザチップと金
属ブロックとの熱膨張係数の差による熱応力歪に起因し
てレーザチップの特性が劣化し、その寿命を短縮するた
め、一般にはレーザチップはサブマウントを介して金属
ブロック上に固着されている。
第２図は従来の半導体レーザ素子用サブマウントを使っ
てレーザチップを金属ブロック上に固着した状態の一例
を示す。同図で、（１）は例えばＳｉサブマウントであ
り、例えばＳｂがドープされたＳｉサブマウント基体（
２）の両面にそれぞれＡｕスパッタ層（３）　、　Ａｕ
メツキ層（５）を形成して構成されている。レーザチッ
プ（６）はこのサブマウント（１沌介して金属ブロック
（７）にグイポンドされている。金属ブロック（７）と
しては、例えばＣｕの表面に酸化防止用のＡｕメツキを
施したもの、あるいはＡｇブロック等、放熱効果の優れ
たものが使用される。Ｓｉサブマウント基体（２）の両
面にＡｕ層を形成するのに、上記のようにＡｕスパッタ
層（３）とＡｕメツキ層（５）の２層構造にしたのは次
のような理由による。すなわち、Ａｕ層としては、一般
に５ｐｍ程度の厚みが必要であるが、５ＩＬｍの厚みの
Ａｕ層をスパッタのみで形成することは極めて長時間を
饗し、実質的に無理である。一方、Ａｕメツキによれば
５ｇｍの厚みのＡｕ層を比較的短時間で形成することが
できるが、ＡｕメツキではＡｕ層とＳｉサブマウント基
体との接着性が悪く、その後の例えばグイシング工程で
Ａｕ層が簡単に剥れるという問題がある。そこで、先づ
スパッタによりＳｉサブマウント基体との接着性のよい
０．２　ｐ、ｍ程度のＡｕ層を形成し、残る４、８ｇｍ
乃至５ｐｍのＡｕ層をメツキにより形成する。
第２図に示すように積重ねられたレーザチップ（６）　
、　Ｓｉサブマウン）（１）、および金属ブロック（７
）を図示されていない加熱装置上に載置して位置決めし
、レーザチップ（６）上から一定の大きさの荷重をかけ
た状態で上記加熱装置のヒータに通電して、約４００℃
で加熱する。この加熱工程でＳｉサブマウント基体（２
）にドープされたＳｂの一部が拡散によって両面に形成
されたＡｕスパッタ層（３）およびＡｕメツキ層（５）
に入り込み、上記Ｓｉサブマウント基体（２）とＡｕス
パッタ層（３）およびＡｕメツキ層（５）との間でＡｕ
５ｉＳｂ共晶半田が形成され、これによってレーザチッ
プ（６）とＳｉサブマウント（１）　、　Ｓｉサブマウ
ント（１）と金属ブロック（７）とが同時に接着される
。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の半導体レーザ素子用サブマウントは上述のように
構成されているので、Ｓｉサブマウント基体（２）中に
ドープされたＳｂのＡｕ層への拡散が不充分で、均一な
抵抗のＡｕ５ｉＳｂ共晶半田が形成されない。このため
、各組立工程毎の熱処理により、Ａｕ５ｉＳｂ共晶半田
の形成後のＳｉサブマウント（１）の厚み方向の抵抗値
に大きなばらつきが生じ、上記抵抗値が規格外であると
いう理由から不良品となる割合が高くなるという欠点が
あった。
第４図は第２図に示す従来の半導体レーザ素子用サブマ
ウントを使用したときの各組立工程毎に生ずるＳｉサブ
マウント（１）の厚み方向の抵抗値Ｈのばらつきを示し
たもので、レーザチップ（６）をサブマウント（１）を
介して金属ブロック（７）に取付けるグイポンディング
工程（Ｄ／Ｂ）の熱処理でＳｉサブマウント（１）の厚
み方向の抵抗値Ｒは限界値１０Ωに対し、約５乃至１５
Ωの範囲にわたってばらつき、次の金属ブロックをパッ
ケージ（図示せず）に取付けるブロックポンディング工
程（Ｂ／Ｂ）の熱処理で抵抗値Ｒは約５乃至１７Ωの範
囲にわたってばらつき、最後のワイヤポンディング工程
（Ｗ／Ｂ）の熱処理で抵抗値Ｒは約５乃至１５Ωの範囲
にわたってばらつき、最終的には不良率が３０乃至５０
％にも達することが判っている。
Ｓｉサブマウント基体の両面にＡｕ−５ｂ合金屑を設け
て、Ｓｉサブマウントの両面におけるオーミック接触性
を改善したＳｉサブマウントが例えば実願昭６０−１０
０７３５号（実開昭６２−１０４６１号）明細書に示さ
れている。これはＳｉヒートシンク（Ｓｉサブマウント
基体に対応するもの）の半導体レーザチップが固着され
る側の面にＡｕ−３ｂ合金層、バリヤ層として作用する
ｐｔ層、Ａｕ層、Ｉｎ層を順次積層して形成し、上記Ｓ
ｉヒートシンクのステム（金属ブロックに相当するもの
）に固着される側の面にＡｕ−３ｂ合金層、ｐｔ層、Ｓ
ｎ層を順次形成し、上記Ｓｉヒートシンクとステムとを
Ｉｎ−５ｎ合金半田で固着するようにしたものである。
上記実願昭６０−１００７３５号明細書に記載されたＳ
ｉサブマウントは、Ｓｉサブマウント基体に対するオー
ミック接触性を良くするためにＡｕＳｂ層を使用すると
いう点で後程説明する本願発明と共通しているが、Ａｕ
−８ｂ層を形成するためにシンタリング工程を必要とし
、その後のｐｔ層（バリヤ層）をメタライズ形成する前
に、上記Ａｕ−３ｂ層とｐｔ層との密着性を良くするた
めの表面ケミカル処理を必要とし、このため、ウェハプ
ロセスの工程が増え、製造コストが高くなるばかりでな
く量産性にも欠けるという問題がある。また、上記の表
面ケミカル処理はばらつきが大きく、処理用薬品の残留
による密着性の不良や、電気的特性の劣化を誘発し易く
、信頼性に欠けるという欠点があった。
この発明は、上記のような従来の半導体レーザ素子用サ
ブマウントの欠点を解消し、ＡｕＳｉ共晶半田の形成時
に、該ＡｕＳ　ｉ共晶半田にＳｂが充分均一に拡散して
、組立後のサブマウントの厚み方向の抵抗のばらつきが
小さく、安定した特性の半導体レーザ装置を製造するこ
とができるサブマウントを得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明による半導体レーザ素子用サブマウントは、Ｓ
ｂがドープされたサブマウント基体の両面に第１Ａｕ層
、ＡｕＳｂ層、第２Ａｕ層を順次にメタライズ形成して
構成されている。
〔作　用〕
この発明のサブマウントにおいては、半導体レーザチッ
プを金属ブロック上に固着する際に、第１Ａｕ層と第２
Ａｕ層との間のＡｕＳｂ層中のＳｂが、サブマウント基
体中にドープされたＳｂと共にＡｕＳ　ｉ共晶半田中に
拡散によって入り込んで混り合い、均一なＡｕ５ｉＳｂ
共晶半田層が得られる。これによって、サブマウントの
厚み方向の抵抗のばらつきは非常に小さくなり、安定し
た特性が得られる。
〔実施例〕
以下、この発明の半導体レーザ素子用サブマウントを第
１図に示す実施例に従って説明する。
（１０）は例えばＳｉサブマウントであり、該Ｓｉサブ
マウントは、例えばＳｂがドープされたＳｉサブマウン
ト基体（２）の両面にそれぞれＡｕスパッタ層（１１）
、ＡｕＳｂ層（１２）、Ａｕメツキ層（１３）を順次に
メタライズ形成して構成されている。従来と同様に、レ
ーザチップ（６）はこのサブマウン１．（１０）を介し
て金属ブロック（７）にグイポンドされている。金属ブ
ロック（７）としては、例えばＣｕの表面１ｃ、Ａｕメ
ツキを施こしたもの、あるいはＡｇブロック等、放熱効
果の優れたものが使用される。
レーザチップ（６）として厚みが１００ｇ＋ａ　、縦横
の寸法が約３００　ＪＪ、　ｒａ　Ｘ　２００　ｇ　ｍ
程度の寸法のものを使用した場合、Ｓｉサブマウント基
体（２）として厚みが約２７０ｐｍ　、縦横の寸法が約
４００ｐｍ　Ｘ３００　ｇ　ｍの寸法のものが使用され
、Ｓｂは０．１１乃至０．２１ｗｔ％、好ましくは０．
１６冒ｔ％ドープされる。この場合、Ｓｉサブマウント
基体（２）の比抵抗ρは０．００５乃至０．０１７Ω・
ｃｍ程度になる。Ａｕスパッタ層（１１）は０．２ｗｍ
±０．０４ルｍ程度の厚みに形成され、ＡｕＳｂ層（１
２）は０．２ｐｍ±　０．０４　ＪＬｍ程度の厚みに蒸
着あるいはスパッタにより形成される。
また、Ａｕメツキ層（１３）は５ｐｍ±ｌｐｍ程度の厚
みに形成される。金属ブロック（７）としては、厚みが
約７’４００ｕｍ、縦横の寸法が約１．６００ΩｍＸ１
６００　ｐ、　ｍ程度のものが使用される。Ａｕスパッ
タ層（１１）を形成するのは、第２図に示す従来のサブ
マウントについて説明した通り、Ａｕ層とＳｉサブマウ
ント基体（２）との接着性をよくするためであり、Ａｕ
メツキ層（１３）を形成するのは、短時間で所望の厚み
のＡｕ層を形成するためである。
第１図に示すように積重ねられたレーザチップ（６）　
、　Ｓｔサブマウン）　（１０）、および金属ブロック
（７）を図示されていない加熱装置」二に載置して位置
決めし、レーザチップ（６）の上から一定の大きさの荷
重、例えば約２０ｇの荷重をかけた状態で上記加熱装置
のヒータに通電して、　４００℃あるいはそれ以上の温
度に加熱する。、この加熱処理によりＳ　ｊサブマウン
ト基体（２）の両面にＡｕＳｉ共晶半田層が形成され、
このＡｕＳｉ共晶半田中にＳｉサブマウント基体（２）
にドープされたＳｂと、ＡｕＳｂ層（１２）中のＳｂが
拡散によって入り込み、−様に混り合った極めて均一な
Ａｕ５ｉＳｂ共晶半田が形成される。このＡｕ５ｉＳｂ
共晶半田によってレーザチップ（６）とＳｉサブマウン
ト（１０）、Ｓｉサブマウント（１０）と金属ブロック
（７）とが同時に接着される。
この発明のＳｉサブマウン）　（１０）を使用して半導
体レーザ装置を組立てるときの、各組立工程毎の熱処理
後の上記Ｓｉサブマウン）（１，０）の厚み方向の抵抗
値Ｒを測定した所、抵抗値のばらつきは第２図に示す従
来のＳｉサブマウント（１）を使用した場合の抵抗値の
ばらつきに比して格段に小さくなリ、殆んどすべてが許
容範囲内に収っていることが確かめられた。第３図はこ
の発明の半導体レーザ素子用サブマウントを使用したと
きの各組立工程毎のＳｉサブマウン）　（１０）の厚み
方向の抵抗値のばらつきを示したもので、グイポンディ
ング工程（Ｄ／Ｂ）　、ブロックポンディング工程（Ｂ
／Ｂ）　、　　ワイヤポンディング工程（Ｗ／Ｂ）のい
ずれの工程度も抵抗値Ｒは５乃至９Ωの範囲に収ってお
り、不良率は１％以下になることが確められた。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、Ｓｉサブマウント基
体（２）の両面をメタライズする際に、第１’Ａｕ層で
あるＡｕスパッタ層（１１）と第２Ａｕ層であるＡｕメ
ツキ層（１３）との間にＡｕＳｂ層（１２）を形成した
３層構造としたので、組立工程時の熱処理によりＡｕ５
ｊ共晶半田が形成されるときに、Ｓｉサブマウント基体
（２）ニドープされたＳｂと、ＡｕＳｂ層（１２）中の
Ｓｂとが第１、第２のＡｕ層に拡散によって入り込み、
Ｓｂが一様に混り合った極めて均一なＡｕ５ｉＳｂ共晶
半田が形成され、Ｓｉサブマウン）　（１０）の厚み方
向の抵抗のばらつきが非常に小さいサブマウントを得る
ことができ、高い歩留を期待することができる。
また、この発明によれば、例えば実願昭６０−１００７
３５号明細書に記載されたサブマウントに比して製造工
程数が少なく、面倒な表面処理も不要で、竹類性が高く
、寿命の長いサブマウントを安価に製造することができ
るという効果もある。なお、実施例の説明中で示した各
部の寸法、Ｓｂの濃度等は単なる一例であって、この発
明の範囲内で種々変更し得ることは言う迄もない。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明による半導体レーザ素子用サブマウン
トを使用してレーザチップを金属ブロック上に固着する
ときの様子を示す断面図、第２図は従来の半導体レーザ
素子用サブマウントを使用してレーザチップを金属ブロ
ック上に固着するときの様子を示す断面図、第３図はこ
の発明による半導体レーザ素子用サブマウントを使用し
たときの各組立工程後のサブマウントの厚み方向の抵抗
値のばらつきを示した図、第４図は第２図に示す１ 従来の半導体レーザ素子用サブマウントを使用したとき
の各組立工程後のサブマウントの厚み方向の抵抗値のば
らつきを示した図である。 （２）・・・・サブマウント基体、（６）・・・・半導
体レーザチップ、（７）・・・・金属ブロック、（１０
）・・・・サブマウント、（１１）・・−第１Ａｕ層、
（１２）・−ＡｕＳｂ層、（１３）・・・・第２Ａｕ層
。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）半導体レーザチップを金属ブロックに固着する際
    に上記半導体レーザチップと金属ブロックとの間に介在
    させて使用するサブマウントであって、Ｓｂがドープさ
    れたサブマウント基体の両面に第１Ａｕ層、ＡｕＳｂ層
    、第２Ａｕ層を順次にメタライズ形成してなる半導体レ
    ーザ素子用サブマウント。
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