JPH04186689A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

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］ 本発明は、半導体レーザ装置の実装構造に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来の半導体レーザの実装構造を第３図に示す。

Ｓｔ等の導電性を有し、熱膨張係数が半導体レーザチッ
プ３に近いサブマウン）１５を介してパッケージのヒー
トシンク１　　ｃｃｕ等）に融着する。

半導体レーザチップ３とサブマウント１５のダイボンデ
ィングは、融着金属４としてＡｕＳｎ合金などを用い、
サブマウント３側のダイボンディング面は、全面が融着
金属４とぬれ性のあるＡｕ１４等で覆われていた。

また同一の半導体レーザをカソードコモン、アノードフ
モンの両極性での動作を選べるようにするには、半導体
レーザチップ３の上下を反転させることで対応していた
。

［発明が解決しようとする課題］ 書き込み型光磁気ディスクの光源として利用される高出
力半導体レーザなど半導体レーザを高い電流で動作する
場合、放熱特性を良好なものとするため、発光部を有す
るｐｎ接合部をサブマウント側に接続するジャンクショ
ンダウン法によりダイボンディングされなければならな
い。この構造では、ｐｎ接合部からサブマウントのグイ
ボンディング面までの距離は数μｍしかなく、サブマウ
ントのグイボンディング面はＡｕで覆われているため融
着金属がはみ出して短絡してしまう問題があった。この
ため、実装前の検査において特性の良好な素子も、実装
により不良となる場合が多く、実装後再検査が必要とな
り、工程数の増加を招き、コスト高となっていた。また
、長期信頼性の面からみても、融着金属のウィスカー成
長などにより初期特性が良好でも短絡を起こしてしまう
ことがあった。

また、上述のようにジャンクションダウンのグイボンデ
ィング手段しか許されないとき、同じ半導体レーザチッ
プで、カソードコモン、アノードコモンの両極性の動作
を選択することは不可能である。

本発明は以上の問題点を解決するもので、その目的とす
るところは、ジャンクションダウンにより実装される半
導体レーザの実装構造において素子の短絡が皆無となり
、かつ極性の選択が可能な実装構造にすることにより、
高信軌性かつ用途の広い半導体レーザを提供するところ
にある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体レーザ装置は、融着金属を介しジャンク
ションダウンによりダイボンディングされる半導体レー
ザ装置において、半導体レーザチップの光比射前後面に
誘電体のパッシベーション膜が形成され、絶縁性ヒート
シンクあるいはサブマウントの一部に融着領域が形成さ
れ、前記融着領域以外は融着金属に対しぬれ性のない物
質で形成され、前記絶縁性ヒートシンクあるいはサブマ
ウント内には前記融着領域から主光出射方向の後方に電
流通路が形成され、かつ前記融着領域は半導体レーザチ
ップのダイボンディング面よりはみ出さない広さである
ことを特徴とする。

［実　施　例］ 第１図に本発明の一実施例を示す。

Ｃｕヒートシンク１上にＡＩＮのサブマウント２が半田
６を介して融着されている。半導体レーザチップ３は通
常ＧａＡｓ系が使用されており、その熱膨張率は６．５
ｘｌＯ−’／ｄｅｇＳ　Ｃｕは１゜７　ｘ　１　ｏ−５
／ｄｅ　ｇ、　一方ＡＩＮは４．５Ｘ’１Ｏ−８／ｄｅ
ｇであり、このＡＩＮサブマウント２は半導体レーザチ
ップ３とＣｕヒートシンク２との熱膨張係数の違いを回
避するもので、半導体レーザチップ３にグイボンディン
グ時の熱サイクルによるストレスが発生するのを防いで
いる。

またＡＩＮの熱伝導率は、２．２Ｗ／ｃｍ−ｄｅｇであ
り、放熱体として良好なものである。さらに、半導体レ
ーザチップ３は放熱特性を良好なものとするため、ｐｎ
接合部５側が融着部に近い、ジャンクションダウンによ
り、グイボンディングされている。

さらにＡＩＮは比抵抗が１０１３Ω・ｃｍあり、絶縁体
としても機能する。

ＡＩＮサブマウント２の半導体レーザチップ３とのダイ
ボンディング面側は、一部のみ融着金属のパターン４が
施されてあり、図に示すように、融着金属領域４からは
、主光出射方向の後ろ方向に沿って電流通路およびワイ
ヤーポンディングパッド８が形成されおり、それ以外の
領域はＡＩＮとなっている。融着金属のパターン４の広
さは半導体レーザチップ３のダイボンディング面より狭
い広さとなっている。例えば半導体レーザチップ３の大
きさを２５０μｍＸ４０Ｑμｍ（共振器長Ｘ幅）とした
とき融着金属のパターン４は２００μｍＸ３５Ｑμｍと
する。

半導体レーザチップ３は光出射面の前面および後面に誘
電体によるバンシベーション膜７が形成されている。こ
のパッシベーション膜７は高出力半導体レーザの主光出
射面である前面に効率よく光を取り出すため反射率の制
御にも利用される。

例えば、前面の反射率を１０％、後面の反射率を９０％
程度に制御すれば、半導体レーザの駆動電流値を上昇さ
せずに、効率よく前面に光を取り出せる。このパッシベ
シゴン膜７は例えば電子ビーム蒸着法などにより前面を
Ａ　１２０３、後面をＡｌ２０３、α−Ｓｉの多層膜な
どで形成する。

融着金属のパターン４および電流通路のパターン８は、
リフトオフ法等により形成することができる。すなわち
、フォトレジストによりパターン４の領域に開口部を形
成し、蒸着等により融着金属などを形成し、フォトレジ
スト上の融着金属などは有機溶剤でフォトレジストと共
に除去することでパターン４が形成される。

融着金属としては、本実施例では、Ｔ　ｉ　／　Ｐ　ｔ
／　Ａ　ｕ　Ｓ　ｎ合金の多層構造としている。Ｔｉは
ＡＩＮサブマウントとの密着性を良好なものとし、Ｐｔ
は耐熱性を考慮する目的で形成されている。

ＡｕＳｎは半田として使用されるもので、Ｓｎ２０ｗｔ
％において約２８０℃の融点である。

電流通路およびワイヤーボンディング用バッド８は、Ｔ
　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　ｕの多層構造とした。Ｔｉ
およびＰｔ層は前述の融着金属構造と同理由で採用して
いる。

この構造においては、ＡＩＮがＡｕＳｎ半田に対して全
くぬれ性が無いため、融け已したＡｕＳｎ半田は、融着
領域４をはみ出すことはない。ただ−カ所電流通路８が
形成されている光出射後面部ではみ已しか起こる可能性
がある。しかしながら、半導体レーザチップ３は光出射
の前後面に誘電体のパッシベーション膜７が形成されて
いるため素子短絡の可能性はない。このため、従来に比
べ半導体レーザチップが短絡を起こす可能性が非常に少
なくなる。歩留まりについては、従来構造に比べ５０％
以上の歩留まり向上が見られた。

また、半田の膜厚、ボンディング加重などのグイホンデ
ィング条件の管理も従来に比べ緩やかにすることが可能
で、例えば、半田膜厚を厚め、ボンディング加重を大き
めに設定しても素子の短絡不良は起こらない。またこの
結果、接着強度を大きくすることが可能となり、熱抵抗
値が減少し、放熱特性の良好な半導体レーザ装置が作製
可能となった。

第２図（ａ）、（ｂ）は第１図の半導体レーザ装置にワ
イヤーボンディングにより結線したものである。いま仮
に、半導体レーザチップ３がＮ型基板で作製されたくサ
ブマウントとのボンディング面側がＰ型）ものとし、ヒ
ートシンク１がコモン電極とし、図中９をもう一方の電
極のリードとすれば、ＡＩＮサブマウント２が絶縁性を
示すため、第２図（ａ）中の１０，１１、第２図（ｂ）
中の１２．１３の配線が可能で、第２図（ａ）の場合は
カソードコモンタイプとなり、第２図（ｂ）の場合はア
ノードコモンタイプとなる。この様に高出力半導体レー
ザなど放熱効果を上げるためジャンクションダウンのダ
イボンディングが必要な半導体レーザにおいても本発明
の構造では、半導体レーザチップの導電型を換えること
なく極性の選択が可能となる。

第１図において、絶縁型サブマウント２はＡＩＮを用い
ているが、この他にもダイヤモンド、窒化はう素（ＢＮ
）、酸化アルミニウム（Ａ１２０３）、炭化珪素（Ｓ　
ｉ　Ｃ）なども可能である。またサブマウント２上のパ
ターンの作製方法は、リフトオフ法の他にもメタルマス
ク等を用いたマスク蒸着も可能である。半田材について
はＡｕ３ｎの他にもＡｕ５Ｉ系、Ｉ　ｎＮ　　Ｐ　ｂ　
Ｓ　ｎ系なども可能であり、半田材はＡＩＮサブマウン
ト２に形成する方法について示したが、半導体レーザチ
ップ３に形成してもよい。

また半導体レーザチップにもＡＩＮサブマウントと同様
に融着金属領域が形成されていれば、さらなる効果が発
揮される。

第４図はもう一つの実施例を示したものである。

Ｓｉなど導電性を有するサブマウント１５上に５１０２
、Ｓｉ３Ｎ、などの誘電体膜１６を形成し、誘電体膜１
６上に図１図と同様に融着金属のパター゛ン４および電
流通路のパターン８が形成されている。この場合もサブ
マウントは絶縁性を示すため、第１図と全く同じ効果を
有することになる。

［発明の効果］ 本発明の半導体レーザ装置は以下に述べるような格別の
効果を有する。

（１）半導体レーザチップの融着領域外は融着金属に対
して全（ぬれ性が無いため、融は出した半田などの融着
金属は、融着領域をはみ出すことはなく、また電流通路
部に半田などの融着金属がはみ出す可能性があるが、こ
の領域には誘電体によるバノシベッシ１ン膜が形成され
ているため、実装による素子の短絡不良が皆無となる。

（２）このため、実装後の不良数が大幅に減るため、パ
ッケージ込みの不良数が減り、また検査工程も簡略化さ
れるため、コストダウンが可能となる。

（３）素子短絡を考慮しない実装条件の選定が可能とな
り、実装による素子特性のばらつきが少なくなり、熱抵
抗などの放熱特性も向上する。

（４）高出力半導体レーザなど放熱効果を上げるため、
ジャンクションダウンのグイボンディングが必要な半導
体レーザにおいても、半導体レーザチップの導電型を換
えることなく極性の変更が可能であるから、実装の段階
で極性の選定が行え、使用用途に対し柔軟に対応できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した半導体レーザ装置の
構造斜視図。 第２図（＝）、（ｂ）は第１図の実施例においてワイヤ
ーボンディングを行なった半導体レーザ装置の構造斜視
図。 第３図は従来例を示した半導体レーザ装置の構造斜視図
。 第４図は本発明の一実施例を示した半導体レーザ装置の
構造斜視図。 １・・・ヒートシンク ２・・・Ａ１Ｎサブマウント ３・・・半導体レーザチップ ４・・・融着金屑領域 ５・・・ｐｎ接合領域 ６・・・半田 ７・・・パッシベーション膜 ８・・・電流通路 ９・・・リード １０・・・Ａｕワイヤー １１・・・Ａｕワイヤー １２・・・Ａ、ｕワイヤー １３・・・Ａｕワイヤー １４・・・Ａｕ層 １５・・・Ｓｔサブマウント １６・・・絶縁膜 以上 出願人　セイコーエプソン株式会社 代理人　弁理士　鈴木喜三部　他１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 融着金属を介しジャンクションダウンによりダイボンデ
   ィングされる半導体レーザ装置において、半導体レーザ
   チップの光出射前後面に誘電体のパッシベーション膜が
   形成され、絶縁性ヒートシンクあるいはサブマウントの
   一部に融着領域が形成され、前記融着領域以外は前記融
   着金属に対しぬれ性のない物質で形成され、前記絶縁性
   ヒートシンクあるいは前記サブマウント内には前記融着
   領域から主光出射方向の後方に電流通路が形成され、か
   つ前記融着領域は前記半導体レーザチップのダイボンデ
   ィング面よりはみ出さない広さであることを特徴とする
   半導体レーザ装置。