JPH0430588A - 半導体レーザ素子放熱体のサブマウント - Google Patents
半導体レーザ素子放熱体のサブマウントInfo
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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。
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素子チップを放熱体に接合する際
に用いる放熱体のサブマウントに関する。
に用いる放熱体のサブマウントに関する。
半導体レーザ素子を室温で長期間連続発振さセるために
は、その素子の活性層で発生する熱を効率よく放散させ
、動作温度を下げることが必要であり、一般に半導体レ
ーザ素子の活性層に近い主面側をヒートシンク (放熱
体)に接合する[1?−5IDEDOWNの組み立て方
式が採用され、これにより活性層の熱を逃がしている。
は、その素子の活性層で発生する熱を効率よく放散させ
、動作温度を下げることが必要であり、一般に半導体レ
ーザ素子の活性層に近い主面側をヒートシンク (放熱
体)に接合する[1?−5IDEDOWNの組み立て方
式が採用され、これにより活性層の熱を逃がしている。
このとき基板にGaAsなどを用いている半導体レーザ
素子と、Cuなどのヒートシンクは熱膨張係数が大きく
異なるため、直接半田接合すると半田溶融後の凝固過程
で活性層に強いストレスが加わり、そこにダークライン
と呼ばれる転移網を発生して、発振しきい値電流が上昇
し遂には発振不可能となる。そこでこの対策としてGa
As基板と熱11張係数の差が小さいSiなどのサブマ
ウントを介在させて、その上にPb−3゜Au−5n合
金などの半田層を数−形成し、これを溶融してヒートシ
ンクに半導体レーザ素子を接合するという方法が用いら
れている。
素子と、Cuなどのヒートシンクは熱膨張係数が大きく
異なるため、直接半田接合すると半田溶融後の凝固過程
で活性層に強いストレスが加わり、そこにダークライン
と呼ばれる転移網を発生して、発振しきい値電流が上昇
し遂には発振不可能となる。そこでこの対策としてGa
As基板と熱11張係数の差が小さいSiなどのサブマ
ウントを介在させて、その上にPb−3゜Au−5n合
金などの半田層を数−形成し、これを溶融してヒートシ
ンクに半導体レーザ素子を接合するという方法が用いら
れている。
第4図はこの状態を説明するために、半導体レーザ素子
チップ1のレーザ光出射面からみた模式図として側面図
を示したものである。第4図において、半導体レーザ素
子チップ上は半導体結晶基板2と、この基板2の上に結
晶成長などによって形成した発光領域3を持つ活性層4
と、必要な各結晶成長層である第1クラシト層5.第2
クラツド層6.コンタクト層7および蒸着またはメツキ
などにより形成した二つの電極金属8.9からなる。
チップ1のレーザ光出射面からみた模式図として側面図
を示したものである。第4図において、半導体レーザ素
子チップ上は半導体結晶基板2と、この基板2の上に結
晶成長などによって形成した発光領域3を持つ活性層4
と、必要な各結晶成長層である第1クラシト層5.第2
クラツド層6.コンタクト層7および蒸着またはメツキ
などにより形成した二つの電極金属8.9からなる。
半導体レーザ素子チップ上から放熱させるためのCu製
ステムのヒートシンク10にはSiのサブマウント11
が接合されるが、さらにサブマウント11の両面に蒸着
などにより形成したTi−Ni−Auの金属層12の一
方の面で半田層13により半導体レーザ素子チップ上が
接合され、Ti−Xl−Auの金属層12の他方の面で
、半田層14によりヒートシンク10の接合が行われて
いる。
ステムのヒートシンク10にはSiのサブマウント11
が接合されるが、さらにサブマウント11の両面に蒸着
などにより形成したTi−Ni−Auの金属層12の一
方の面で半田層13により半導体レーザ素子チップ上が
接合され、Ti−Xl−Auの金属層12の他方の面で
、半田層14によりヒートシンク10の接合が行われて
いる。
半田接合は、通常半導体レーザ素子チップ上の上方から
、数十gの荷重を加えながら200〜300℃に加温し
、あらかじめサブマウント11の金属層12に形成した
半田材を溶融、冷却して半田層13及び半田層14を得
るが、半田層13.半田層14を同じ材質とした場合は
、サブマウント11と半導体レーザ素子チップ上との接
合、ヒートシンク10とサブマウント11との接合を同
時に行なうことができる。
、数十gの荷重を加えながら200〜300℃に加温し
、あらかじめサブマウント11の金属層12に形成した
半田材を溶融、冷却して半田層13及び半田層14を得
るが、半田層13.半田層14を同じ材質とした場合は
、サブマウント11と半導体レーザ素子チップ上との接
合、ヒートシンク10とサブマウント11との接合を同
時に行なうことができる。
しかしながら、以上の半田F413を介したUP−5I
DEDoll方式の組み立てには、次のような問題があ
る。
DEDoll方式の組み立てには、次のような問題があ
る。
それはサブマウント11に半導体レーザ素子チップ上を
接合するとき、溶融半田が盛り上がり、半田凝固後に半
田溜りが生ずることである。その様子を第5図に示す、
第5図は第4図と同様、半導体レーザ素子チップ上のレ
ーザ光出射面からみた模式的な側面図を示したものであ
り、第4図と共通部分は同一符号で表わしである0問題
は第5図に示したように、半田層13に半田溜り13a
や13bなどが形成されることにある。第5図には半田
層13と半田溜り13a、 13bに斜線を施して示し
である。
接合するとき、溶融半田が盛り上がり、半田凝固後に半
田溜りが生ずることである。その様子を第5図に示す、
第5図は第4図と同様、半導体レーザ素子チップ上のレ
ーザ光出射面からみた模式的な側面図を示したものであ
り、第4図と共通部分は同一符号で表わしである0問題
は第5図に示したように、半田層13に半田溜り13a
や13bなどが形成されることにある。第5図には半田
層13と半田溜り13a、 13bに斜線を施して示し
である。
pn接合が存在する活性層4および発光領域3は、電極
金属9から上方に僅か3〜4 tna Lか離れていな
いため、半田溜り13aや13bなどが形成されると、
これら半田溜り13aや13bなどによって、半導体レ
ーザ素子チップ上自体に電気的な短絡を生ずるか、もし
くは発光領域3から出射するレーザ光を遮ってしまうと
いう事態を引き起こし、その結果、この半田付は工程に
おける製造歩留まりを低下させる。
金属9から上方に僅か3〜4 tna Lか離れていな
いため、半田溜り13aや13bなどが形成されると、
これら半田溜り13aや13bなどによって、半導体レ
ーザ素子チップ上自体に電気的な短絡を生ずるか、もし
くは発光領域3から出射するレーザ光を遮ってしまうと
いう事態を引き起こし、その結果、この半田付は工程に
おける製造歩留まりを低下させる。
これを防ぐために、半田層13の厚さを3〜4−程度に
できる限り薄くするか、半導体レーザ素子チップ上のコ
ンタクト層7の厚さを増大するなどの対策も行なってい
るが、いずれも接合強度もしくは放熱特性などと相反関
係があることから、上記の問題に対する解決とはなり得
す、サブマウントとの接合過程における素子の歩留まり
向上が望まれている。
できる限り薄くするか、半導体レーザ素子チップ上のコ
ンタクト層7の厚さを増大するなどの対策も行なってい
るが、いずれも接合強度もしくは放熱特性などと相反関
係があることから、上記の問題に対する解決とはなり得
す、サブマウントとの接合過程における素子の歩留まり
向上が望まれている。
本発明は上・述の点に鑑みてなされたものであり、その
目的はサブマウントと半導体レーザ素子チップとの接合
に起因する電気的短絡や、発振レーザ光の遮光などを生
ずることなく、高い歩留まりの得られる半導体レーザ素
子用サブマウントを提供することにある。
目的はサブマウントと半導体レーザ素子チップとの接合
に起因する電気的短絡や、発振レーザ光の遮光などを生
ずることなく、高い歩留まりの得られる半導体レーザ素
子用サブマウントを提供することにある。
上記の課題を解決するために、本発明の半導体レーザ素
子放熱体のサブマウントは、半導体レーザ素子千ノブと
接合する側の表面を半導体レーザ素子チップと接合する
領域のみ凸状となし、この凸状部の縦横寸法を対応する
半導体レーザ素子チップ接合面の縦横寸法よりやや小さ
く形成したものである。
子放熱体のサブマウントは、半導体レーザ素子千ノブと
接合する側の表面を半導体レーザ素子チップと接合する
領域のみ凸状となし、この凸状部の縦横寸法を対応する
半導体レーザ素子チップ接合面の縦横寸法よりやや小さ
く形成したものである。
本発明の半導体レーザ素子放熱体のサブマウントは、上
記のように構成したことにより、半導体レーザ素子チッ
プを接合する半田付は工程で、半導体レーザ素子チップ
の接合面はその下の予備半田部分の表面を完全に覆って
いるので、半田溜りが生し難く、半田の溶融、凝固の際
生しる余剰の半田は下方に流れ、上方の半導体レーザ素
子チップに到達することは全く起こり得す、したがって
、半導体レーザ素子の電気的、光学的特性を損なうこと
がなくなる。
記のように構成したことにより、半導体レーザ素子チッ
プを接合する半田付は工程で、半導体レーザ素子チップ
の接合面はその下の予備半田部分の表面を完全に覆って
いるので、半田溜りが生し難く、半田の溶融、凝固の際
生しる余剰の半田は下方に流れ、上方の半導体レーザ素
子チップに到達することは全く起こり得す、したがって
、半導体レーザ素子の電気的、光学的特性を損なうこと
がなくなる。
以下、本発明を実施例に基づき説明する。
第1図(al〜Ic)は本発明のサブマウントの形状を
示す模式図であり、第1図(alは正面図、第1図(b
lは第1図falのA−A’断面図1第1図(C)は第
1図talのB−B’断面図として表わし、予備半田層
と金属層を形成した状態のものである。
示す模式図であり、第1図(alは正面図、第1図(b
lは第1図falのA−A’断面図1第1図(C)は第
1図talのB−B’断面図として表わし、予備半田層
と金属層を形成した状態のものである。
第1図tag、 (b>、 tc)を同時に参照して説
明すると、正方形の一辺の長さ(a1)が1鶴、厚さ(
1)が0.21で、比抵抗0.001Ω値を有するSt
サブマウント11aは、半導体レーザチップ上(第4図
)を接続する側に、Ti−Ni−Auの金属層12aと
その上に予備半田層13cを形成するが、予備半田層1
3cを形成する個所のサブマウントllaの部分は、高
さ(d1)5−程度を有する凸部11bとし、その+I
a(J)、横(W)寸法は半導体レーザチップ上の縦横
寸法より20−程度小さくなるように加工しである所に
本発明のサブマウントllaの特徴がある。そして予備
半田層13cの縦横寸法とサブマウントllaの凸部1
1b上面の縦横寸法とは等しくする。一方ヒートシンク
10を接続するサブマウントllaの裏面側にも、同様
にTi−Ni−Auの金属層12aと、その上に予備半
田層14cを形成するが、こちらの方は全面で平坦のま
まであり、従来と全く同じである。予備半田層13c
と14cはいずれも厚さ4taのPb−5n共晶半田を
用いる。
明すると、正方形の一辺の長さ(a1)が1鶴、厚さ(
1)が0.21で、比抵抗0.001Ω値を有するSt
サブマウント11aは、半導体レーザチップ上(第4図
)を接続する側に、Ti−Ni−Auの金属層12aと
その上に予備半田層13cを形成するが、予備半田層1
3cを形成する個所のサブマウントllaの部分は、高
さ(d1)5−程度を有する凸部11bとし、その+I
a(J)、横(W)寸法は半導体レーザチップ上の縦横
寸法より20−程度小さくなるように加工しである所に
本発明のサブマウントllaの特徴がある。そして予備
半田層13cの縦横寸法とサブマウントllaの凸部1
1b上面の縦横寸法とは等しくする。一方ヒートシンク
10を接続するサブマウントllaの裏面側にも、同様
にTi−Ni−Auの金属層12aと、その上に予備半
田層14cを形成するが、こちらの方は全面で平坦のま
まであり、従来と全く同じである。予備半田層13c
と14cはいずれも厚さ4taのPb−5n共晶半田を
用いる。
次に本発明のサブマウントllaの製造方法について述
べる。第2図fal〜[dlはその主な製造工程を示す
模式断面図であり、第1図fal〜(C1と共通部分に
同一符号を用いである。
べる。第2図fal〜[dlはその主な製造工程を示す
模式断面図であり、第1図fal〜(C1と共通部分に
同一符号を用いである。
先ず厚さ 200n、比抵抗0.001 Q csのS
i板15を用意する〔第2図(’1)*片面をHF :
HNOx : CHsCOOH=1:6:−3のエツ
チング液を用いて、縦(β)200u 、横(w)26
0am、高さ (d1)5nの凸部11bを通常の半導
体微細加工の手法により1mピ、チで形成する。凸部1
1bの形状は、通常の湿式法による化学エツチングでは
テーパーを持つようになり、例えばドライエツチングで
直角に切るよ・リステップカバレージがよいので、後に
この上に形成される金属層12aの切断のおそれがない
〔第2図(b))、図示してないレジストを除去した後
、Si板15の両面に、Ti−Ni−^Uの金属層12
a、 12bをいずれもT1を0.I n、 Niを0
.4 tna、 Auを0,2μ蒸着して形成する〔第
2図fe)〕、次いで、凸部11b上に形成された金属
層12aの部分の上面以外の表面を、微細加工の手法に
より図示してないレジストで覆った後、Pb−5n共晶
半田を厚さ4nとなるように、金属層12a と12b
の両面共に電気メツキを施して、予備半田層13cと1
4cを形成する。レジストを除去して、ダイサーにより
切断線c−c’に沿って1鶴角に切断し、Siサブマウ
ントllaに金属層12a12bおよび予備半田層13
c、 14cを有し、複数個の第1図Q))に示したの
と同じ構造のものを得ることができる〔第2図(d1)
。
i板15を用意する〔第2図(’1)*片面をHF :
HNOx : CHsCOOH=1:6:−3のエツ
チング液を用いて、縦(β)200u 、横(w)26
0am、高さ (d1)5nの凸部11bを通常の半導
体微細加工の手法により1mピ、チで形成する。凸部1
1bの形状は、通常の湿式法による化学エツチングでは
テーパーを持つようになり、例えばドライエツチングで
直角に切るよ・リステップカバレージがよいので、後に
この上に形成される金属層12aの切断のおそれがない
〔第2図(b))、図示してないレジストを除去した後
、Si板15の両面に、Ti−Ni−^Uの金属層12
a、 12bをいずれもT1を0.I n、 Niを0
.4 tna、 Auを0,2μ蒸着して形成する〔第
2図fe)〕、次いで、凸部11b上に形成された金属
層12aの部分の上面以外の表面を、微細加工の手法に
より図示してないレジストで覆った後、Pb−5n共晶
半田を厚さ4nとなるように、金属層12a と12b
の両面共に電気メツキを施して、予備半田層13cと1
4cを形成する。レジストを除去して、ダイサーにより
切断線c−c’に沿って1鶴角に切断し、Siサブマウ
ントllaに金属層12a12bおよび予備半田層13
c、 14cを有し、複数個の第1図Q))に示したの
と同じ構造のものを得ることができる〔第2図(d1)
。
半導体レーザ素子チップ上の縦横寸法は1=220p
、 ! = 280−であるから、これをサブマウン
ト11aの予備半田層13c上に載せるとき、半導体レ
ーザ素子チップ上は凸部11bの上を完全に覆うように
なる。
、 ! = 280−であるから、これをサブマウン
ト11aの予備半田層13c上に載せるとき、半導体レ
ーザ素子チップ上は凸部11bの上を完全に覆うように
なる。
このようにしてサブマウントllaに金属層12a12
bおよび予備半田層13c、14cを形成し、これを用
いて組み立てた半導体レーザ素子の模式側面図を第4図
と第5図に倣って第3図に示す、第3図を第5図の場合
と比較してみればわかるように、本発明のサブマウン)
llaを用いた組み立て後の状態は、溶融、凝固した
半田層13が上方から加圧されるため、周囲に押し出さ
れて広がるが、半田付けの過程ではサブマウントlla
上の半田接合面に対して周辺で低くなっているので、溶
融半田は下方に流れて凝固し、たとえ半田溜りが生した
としても、その先端が第5図のように電極金属9より上
部に到達することはない。したがって、本発明のサブマ
ウントllaを用いることにより、半田溜りに起因する
半導体レーザ素子チップ1の短絡や、レーザ光の遮光を
起こすことは全くない。
bおよび予備半田層13c、14cを形成し、これを用
いて組み立てた半導体レーザ素子の模式側面図を第4図
と第5図に倣って第3図に示す、第3図を第5図の場合
と比較してみればわかるように、本発明のサブマウン)
llaを用いた組み立て後の状態は、溶融、凝固した
半田層13が上方から加圧されるため、周囲に押し出さ
れて広がるが、半田付けの過程ではサブマウントlla
上の半田接合面に対して周辺で低くなっているので、溶
融半田は下方に流れて凝固し、たとえ半田溜りが生した
としても、その先端が第5図のように電極金属9より上
部に到達することはない。したがって、本発明のサブマ
ウントllaを用いることにより、半田溜りに起因する
半導体レーザ素子チップ1の短絡や、レーザ光の遮光を
起こすことは全くない。
半導体レーザ素子チップをUP−8IDE−DOWNに
組み立てるとき、従来半田溜りガ半導体レーザ素子チッ
プの発光領域にまで達し、これが原因で電気的光学的に
不良品を生じ製造歩留まりを低下させていたが、本発明
では実撫例で説明した如く、放熱体のサブマウントをサ
ブマウントと半導体レーザ素子チップとの接合領域のみ
凸状に加工し、その凸状部の半導体レーザ素子チップと
接合する部分の縦横寸法を、半導体レーザ素子チップの
接合面の縦横寸法より適当に小さく定め、凸状部表面に
形成した予備半田の上に半導体レーザ素子チップを載せ
たとき、半導体レーザ素子チップが完全に予備半田表面
を覆うようにしたため、半田の溶融、凝固の際余剰の半
田は下方に流れることはあっても、上方の半導体レーザ
素子チップに到達することは全(起こり得ず、安定した
状態の半田接合が可能となり、半導体レーザ素子の電気
的、光学的特性を損なうことなく、製造歩留まりの向上
に顕著な効果を上げることができた。
組み立てるとき、従来半田溜りガ半導体レーザ素子チッ
プの発光領域にまで達し、これが原因で電気的光学的に
不良品を生じ製造歩留まりを低下させていたが、本発明
では実撫例で説明した如く、放熱体のサブマウントをサ
ブマウントと半導体レーザ素子チップとの接合領域のみ
凸状に加工し、その凸状部の半導体レーザ素子チップと
接合する部分の縦横寸法を、半導体レーザ素子チップの
接合面の縦横寸法より適当に小さく定め、凸状部表面に
形成した予備半田の上に半導体レーザ素子チップを載せ
たとき、半導体レーザ素子チップが完全に予備半田表面
を覆うようにしたため、半田の溶融、凝固の際余剰の半
田は下方に流れることはあっても、上方の半導体レーザ
素子チップに到達することは全(起こり得ず、安定した
状態の半田接合が可能となり、半導体レーザ素子の電気
的、光学的特性を損なうことなく、製造歩留まりの向上
に顕著な効果を上げることができた。
第1図1cIは本発明のサブマウントの形状を示す模式
図の正面図、第1図1)は第1図(alのA−A’断面
図、第1図1cIは第1図1cIのB−B’断面図、第
2図(a)〜ldlは本発明のサブマウントの主な製造
工程を示す模式断面図、第3図は本発明のサブマウント
を用いて組み立てた半導体レーザ素子の模式側面図、第
4図は従来のヒートシンクに半導体レーザ素子を接合し
た状態の模式側面図、第5図は半田溜りが形成された従
来の半導体レーザ素子組み立て状態を示す模式側面図で
ある。 土:半導体レーザ素子チップ、2:基板、3:発光領域
、4:活性層、5:第1クラフト層、6:第2クラッド
層、7:コンタクト層、8゜9:電橋金属、10:ヒー
トシンク、11. Ila :サブマウント、11b:
凸部、12.12a、 12b :金属層、13.14
:半田層、13A、 13b:半田溜り、13c、 1
4c:予備半田層、15 : 5iFi。 代理人弁理士 山 口 巌 。 第1図 第2図
図の正面図、第1図1)は第1図(alのA−A’断面
図、第1図1cIは第1図1cIのB−B’断面図、第
2図(a)〜ldlは本発明のサブマウントの主な製造
工程を示す模式断面図、第3図は本発明のサブマウント
を用いて組み立てた半導体レーザ素子の模式側面図、第
4図は従来のヒートシンクに半導体レーザ素子を接合し
た状態の模式側面図、第5図は半田溜りが形成された従
来の半導体レーザ素子組み立て状態を示す模式側面図で
ある。 土:半導体レーザ素子チップ、2:基板、3:発光領域
、4:活性層、5:第1クラフト層、6:第2クラッド
層、7:コンタクト層、8゜9:電橋金属、10:ヒー
トシンク、11. Ila :サブマウント、11b:
凸部、12.12a、 12b :金属層、13.14
:半田層、13A、 13b:半田溜り、13c、 1
4c:予備半田層、15 : 5iFi。 代理人弁理士 山 口 巌 。 第1図 第2図
Claims (1)
- 1)上下両面にあらかじめ形成された金属層と半田層を
有し、半導体レーザ素子チップと放熱体とのそれぞれ所
定の表面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であって、前記半導体
レーザ素子チップと接合する側の表面を前記半導体レー
ザ素子チップと接合する領域のみ凸状となし、この凸状
部の縦横寸法を対応する前記半導体レーザ素子チップ接
合面の縦横寸法よりやや小さく形成したことを特徴とす
る半導体レーザ素子放熱体のサブマウント。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2137572A JPH0430588A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウント |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2137572A JPH0430588A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウント |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0430588A true JPH0430588A (ja) | 1992-02-03 |
Family
ID=15201857
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2137572A Pending JPH0430588A (ja) | 1990-05-28 | 1990-05-28 | 半導体レーザ素子放熱体のサブマウント |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0430588A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0452769U (ja) * | 1990-09-10 | 1992-05-06 | ||
US6700911B2 (en) * | 1999-12-01 | 2004-03-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device, fabricating method thereof and optical pickup employing the semiconductor laser device |
-
1990
- 1990-05-28 JP JP2137572A patent/JPH0430588A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0452769U (ja) * | 1990-09-10 | 1992-05-06 | ||
US6700911B2 (en) * | 1999-12-01 | 2004-03-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device, fabricating method thereof and optical pickup employing the semiconductor laser device |
US6972205B2 (en) | 1999-12-01 | 2005-12-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor laser device, fabricating method thereof and optical pickup employing the semiconductor laser device |
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