JPH0541563A - 半導体レーザ装置の接合方法と半田層 - Google Patents
半導体レーザ装置の接合方法と半田層Info
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- JPH0541563A JPH0541563A JP23666691A JP23666691A JPH0541563A JP H0541563 A JPH0541563 A JP H0541563A JP 23666691 A JP23666691 A JP 23666691A JP 23666691 A JP23666691 A JP 23666691A JP H0541563 A JPH0541563 A JP H0541563A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】半導体レーザ素子を放熱体に半田付けした半導
体レーザ装置に半田溜まりが発生するのを防ぐ。 【構成】半導体レーザ素子１と放熱体５との間に半田箔
を置き、半田の固相と液相が共存する温度範囲に加熱し
て半田付けを行なうことにより、半導体レーザ素子の電
極３面は放熱体５とよく濡れ、加圧力に対しても溶融半
田が押し出されることなく、初めの箔の形を保ったま
ま、高い接合強度と素子特性を保持する良好な接合状態
を得ることができる。また、接合に用いる半田層７とし
て、半田合金に導電性金属の微粉末を一様に分散混合し
た箔状半田を用い、金属微粉末の粒系が０．１〜１μ
ｍ，半田合金と金属微粉末との混合比を体積比で４０〜
７０％とすることにより、半田付け温度で液状半田合金
と固体の金属微粉末との共存状態となり、適度の粘性を
有し、上述と同様に良好な接合状態が得られる。
体レーザ装置に半田溜まりが発生するのを防ぐ。 【構成】半導体レーザ素子１と放熱体５との間に半田箔
を置き、半田の固相と液相が共存する温度範囲に加熱し
て半田付けを行なうことにより、半導体レーザ素子の電
極３面は放熱体５とよく濡れ、加圧力に対しても溶融半
田が押し出されることなく、初めの箔の形を保ったま
ま、高い接合強度と素子特性を保持する良好な接合状態
を得ることができる。また、接合に用いる半田層７とし
て、半田合金に導電性金属の微粉末を一様に分散混合し
た箔状半田を用い、金属微粉末の粒系が０．１〜１μ
ｍ，半田合金と金属微粉末との混合比を体積比で４０〜
７０％とすることにより、半田付け温度で液状半田合金
と固体の金属微粉末との共存状態となり、適度の粘性を
有し、上述と同様に良好な接合状態が得られる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体レーザ素子と放熱
体を接合する半導体レーザ装置の接合方法と、接合に用
いる半田層に関する。
体を接合する半導体レーザ装置の接合方法と、接合に用
いる半田層に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ装置は、半導体レーザ素子
の活性層から発生する熱を逃がすために、通常この素子
の活性層に近い方に設けた電極を放熱体に接合するＪｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式に組み立てられる。図５は
この状態を説明するための模式断面図である。図５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を設けてあ
るが、活性層２のほかのエピタキシァル成長によって形
成される各半導体層については、図示を省略してある。
電極金属３，４はいずれも表面をろう付け性の良好なＡ
ｕ層とする多層金属膜からなっている。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
ろう材として半田層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、半田層７はＳｎまたは
Ｐｂ−Ｓｎ合金などの低融点合金が用いられる。
の活性層から発生する熱を逃がすために、通常この素子
の活性層に近い方に設けた電極を放熱体に接合するＪｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式に組み立てられる。図５は
この状態を説明するための模式断面図である。図５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を設けてあ
るが、活性層２のほかのエピタキシァル成長によって形
成される各半導体層については、図示を省略してある。
電極金属３，４はいずれも表面をろう付け性の良好なＡ
ｕ層とする多層金属膜からなっている。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
ろう材として半田層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、半田層７はＳｎまたは
Ｐｂ−Ｓｎ合金などの低融点合金が用いられる。
【０００３】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に近い方の電極金属３の表面を半
田層７の表面に位置合わせするが、このとき電極金属３
と半田層７は、いずれもほぼ点線の位置にあり、そして
上方即ち電極金属４の方から素子１を加圧しながら、半
田層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。
合するには、活性層２に近い方の電極金属３の表面を半
田層７の表面に位置合わせするが、このとき電極金属３
と半田層７は、いずれもほぼ点線の位置にあり、そして
上方即ち電極金属４の方から素子１を加圧しながら、半
田層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。
【０００４】このような半導体レーザ装置のＪｕｎｃｔ
ｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式の組み立ては、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との間に半田層７
を介在させ、この半田層７を溶融凝固させて固定するこ
とにより行なっており、放熱体５に対して半導体レーザ
素子１の活性層２の点線で囲った発光領域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。
ｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式の組み立ては、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との間に半田層７
を介在させ、この半田層７を溶融凝固させて固定するこ
とにより行なっており、放熱体５に対して半導体レーザ
素子１の活性層２の点線で囲った発光領域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。
【０００５】図６は半田材料として用いられる例えばＡ
ｇ−Ｓｎ合金の平衡状態図を示したものである。例えば
重量でＡｇ２０％−Ｓｎ８０％の半田を用いるときは、
図４において液相線は３７０℃であるから、半導体レー
ザ素子１と放熱体５とを接合するとき、少なくともこの
温度に加熱しなければならない。
ｇ−Ｓｎ合金の平衡状態図を示したものである。例えば
重量でＡｇ２０％−Ｓｎ８０％の半田を用いるときは、
図４において液相線は３７０℃であるから、半導体レー
ザ素子１と放熱体５とを接合するとき、少なくともこの
温度に加熱しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半田層
７を介したＪｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式の半導体レ
ーザ装置の組み立てには次のような問題がある。即ち、
放熱体５への半導体レーザ素子１の接合時に溶融半田が
盛り上がり、半田の凝固後に図５に示したような形の半
田溜まり７ａ，７ｂを形成することである。ところが、
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しか上方に離れていないために、半田溜まり
７ａ，７ｂなどが形成されると、これらによって半導体
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遮ってしまうという
事態が起こる。これを防ぐために、半田層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、さらに接合歩留りを高めるには、適切な接合方法
と半田層７自体の好適な材料構成が望まれる。
７を介したＪｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式の半導体レ
ーザ装置の組み立てには次のような問題がある。即ち、
放熱体５への半導体レーザ素子１の接合時に溶融半田が
盛り上がり、半田の凝固後に図５に示したような形の半
田溜まり７ａ，７ｂを形成することである。ところが、
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しか上方に離れていないために、半田溜まり
７ａ，７ｂなどが形成されると、これらによって半導体
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遮ってしまうという
事態が起こる。これを防ぐために、半田層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、さらに接合歩留りを高めるには、適切な接合方法
と半田層７自体の好適な材料構成が望まれる。
【０００７】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良
好な接合が可能な半導体レーザ装置の接合方法と、良好
な接合状態が得られる半田層を提供することにある。
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良
好な接合が可能な半導体レーザ装置の接合方法と、良好
な接合状態が得られる半田層を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の方法は、平衡状態図における固相と液相
が広い温度範囲で共存する領域を持つ多成分系の箔状半
田合金を用い、接合温度をこの温度範囲として半導体レ
ーザ素子と放熱体との接合を行なうものである。一方、
半導体レーザ素子と放熱態とを接合する半田層自体とし
て、半田合金に導電性金属の微粉末を一様に分散混合し
た箔状半田を用い、金属微粉末の粒系が０．１〜１μ
ｍ，半田合金と金属微粉末との混合比を体積比で４０〜
７０％とするものである。
めに、本発明の方法は、平衡状態図における固相と液相
が広い温度範囲で共存する領域を持つ多成分系の箔状半
田合金を用い、接合温度をこの温度範囲として半導体レ
ーザ素子と放熱体との接合を行なうものである。一方、
半導体レーザ素子と放熱態とを接合する半田層自体とし
て、半田合金に導電性金属の微粉末を一様に分散混合し
た箔状半田を用い、金属微粉末の粒系が０．１〜１μ
ｍ，半田合金と金属微粉末との混合比を体積比で４０〜
７０％とするものである。
【０００９】
【作用】上記のように本発明の方法は、半田合金を固液
共存状態となる温度範囲に加熱して、半導体レーザ素子
と放熱体との接合を行なうものであり、この温度領域で
半田は液体状半田と固体状半田とが混在した状態とな
る。接合温度をコントロールして、液体状半田と固体状
半田の比率を変化させ、全体の粘度も変えることができ
る。そこで、適切な温度範囲に加熱することにより、半
田箔の接触している半導体レーザ素子の電極面は液体状
半田で濡れ、上方からの加圧力に対しても半田溜まりを
生ずることなく、半田箔の初期形状を保持したまま、素
子と放熱体を接合することができる。
共存状態となる温度範囲に加熱して、半導体レーザ素子
と放熱体との接合を行なうものであり、この温度領域で
半田は液体状半田と固体状半田とが混在した状態とな
る。接合温度をコントロールして、液体状半田と固体状
半田の比率を変化させ、全体の粘度も変えることができ
る。そこで、適切な温度範囲に加熱することにより、半
田箔の接触している半導体レーザ素子の電極面は液体状
半田で濡れ、上方からの加圧力に対しても半田溜まりを
生ずることなく、半田箔の初期形状を保持したまま、素
子と放熱体を接合することができる。
【００１０】これとは別に、半田層を形成する箔状半田
合金の金属微粉末の粒系と混合比の範囲を上記のように
定めたことにより、半田付けの温度で液体状の半田合金
と、固体のままの金属微粉末とが混在した状態となって
適度の粘性を有しており、半田合金と接触している半導
体レーザ素子の電極面は、液状半田合金で濡れやすく、
上方からの加圧力に対しては金属微粉末が共存するの
で、溶融半田は押し出されずに、半田溜まりを生ずるこ
となく、凝固後に得られる半田層は、初期の箔状半田合
金の形状を保持したまま、半導体レーザ素子と放熱体の
接合を完了させることができる。
合金の金属微粉末の粒系と混合比の範囲を上記のように
定めたことにより、半田付けの温度で液体状の半田合金
と、固体のままの金属微粉末とが混在した状態となって
適度の粘性を有しており、半田合金と接触している半導
体レーザ素子の電極面は、液状半田合金で濡れやすく、
上方からの加圧力に対しては金属微粉末が共存するの
で、溶融半田は押し出されずに、半田溜まりを生ずるこ
となく、凝固後に得られる半田層は、初期の箔状半田合
金の形状を保持したまま、半導体レーザ素子と放熱体の
接合を完了させることができる。
【００１１】
【実施例】図１は本発明の方法により半導体レーザ素子
を放熱体に接合し、Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式で
組み立てた状態を示した模式断面図であり、図５と共通
部分を同一符号で表わしてある。図１の半導体レーザ素
子１は構造上は図５と全く同じであって、異なる所は、
放熱体５と接合する際の半田層７の加熱温度だけであ
り、図５のような半田溜まり７ａ，７ｂを発生しないこ
とにある。
を放熱体に接合し、Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式で
組み立てた状態を示した模式断面図であり、図５と共通
部分を同一符号で表わしてある。図１の半導体レーザ素
子１は構造上は図５と全く同じであって、異なる所は、
放熱体５と接合する際の半田層７の加熱温度だけであ
り、図５のような半田溜まり７ａ，７ｂを発生しないこ
とにある。
【００１２】半田材料は重量でＡｇ２０％−Ｓｎ８０％
の二元合金からなる縦横０．２５角厚さ１０mmの箔を用
いた。この組成の半田合金は、既に示した平衡状態図に
おけるように、液相線，固相線温度は、それぞれ３７０
℃，２２１℃である。この半田箔を用いて、０．２５×
０．２５×０．１mmの大きさの半導体レーザ素子１と放
熱体５とを接合するには、図示してない熱板上で、放熱
体５の金属層６の所定の位置に半田箔を載せ、さらにそ
の上に素子１の電極金属３の方を位置合わせした後、素
子１の電極金属４側の上方から、３０ｇｒの重錘を載せ
て加圧し、熱板により全体を加熱する。加熱時間を１０
秒とし、接合後の半導体レーザ素子１について、加熱温
度をパラメータとして特性不良発生確率および接合強度
を調べた結果、図２のような線図が得られた。接合強度
は接合面に水平に力を加え、半導体チップの破壊または
接合面で剥離が生じたとき、その時点で加えられている
力としている。
の二元合金からなる縦横０．２５角厚さ１０mmの箔を用
いた。この組成の半田合金は、既に示した平衡状態図に
おけるように、液相線，固相線温度は、それぞれ３７０
℃，２２１℃である。この半田箔を用いて、０．２５×
０．２５×０．１mmの大きさの半導体レーザ素子１と放
熱体５とを接合するには、図示してない熱板上で、放熱
体５の金属層６の所定の位置に半田箔を載せ、さらにそ
の上に素子１の電極金属３の方を位置合わせした後、素
子１の電極金属４側の上方から、３０ｇｒの重錘を載せ
て加圧し、熱板により全体を加熱する。加熱時間を１０
秒とし、接合後の半導体レーザ素子１について、加熱温
度をパラメータとして特性不良発生確率および接合強度
を調べた結果、図２のような線図が得られた。接合強度
は接合面に水平に力を加え、半導体チップの破壊または
接合面で剥離が生じたとき、その時点で加えられている
力としている。
【００１３】図２において、曲線（イ）が特性不良の発
生確率を示し、曲線（ロ）が接合強度を表わしている。
図２から特性不良の発生確率は、接合温度が３６０℃を
超えると急に高くなり、接合強度は２８０℃以下では極
端に低くなることがわかる。
生確率を示し、曲線（ロ）が接合強度を表わしている。
図２から特性不良の発生確率は、接合温度が３６０℃を
超えると急に高くなり、接合強度は２８０℃以下では極
端に低くなることがわかる。
【００１４】また、各接合温度で作製した接合体につい
て、半田溜まりの有無を詳細に調べた結果、接合温度が
半田の液相線温度である３７０℃近傍から高いとき半田
溜まりが多く発生し、図５に示すような状態になってい
ることがわかった。さらに、３２０℃以下の接合温度に
したとき、図１に示す半田層７のように、殆ど半田箔の
形状を保っており、全く半田溜まりを形成しないことも
わかった。一方、接合強度の方は、半田の固相線温度で
ある２２０℃より約６０℃高い２８０℃以上でほぼ飽和
し（半導体チップの破壊が生ずる）、一定値となる。
て、半田溜まりの有無を詳細に調べた結果、接合温度が
半田の液相線温度である３７０℃近傍から高いとき半田
溜まりが多く発生し、図５に示すような状態になってい
ることがわかった。さらに、３２０℃以下の接合温度に
したとき、図１に示す半田層７のように、殆ど半田箔の
形状を保っており、全く半田溜まりを形成しないことも
わかった。一方、接合強度の方は、半田の固相線温度で
ある２２０℃より約６０℃高い２８０℃以上でほぼ飽和
し（半導体チップの破壊が生ずる）、一定値となる。
【００１５】以上のことから、接合温度は半田の固相線
温度より高く、液相線温度より低い温度とするのが好ま
しく、接合後の良好な状態を保ためには、２８０℃〜３
４０℃とするのがよく、その結果、接合強度が十分に大
きく歩留りも高くなる。
温度より高く、液相線温度より低い温度とするのが好ま
しく、接合後の良好な状態を保ためには、２８０℃〜３
４０℃とするのがよく、その結果、接合強度が十分に大
きく歩留りも高くなる。
【００１６】このように、本発明の方法により良好な接
合状態が得られる理由は、この温度範囲では、半田成分
の一部が固体で一部が液体であるという固液共存領域と
なり、半田がシャーベット状となっているので、その固
液共存温度を接合温度として用いることにより、荷重を
かけたとき、半田の潰れや流れを制御することができ、
半田溜まりが発生しなくなるからである。固／液比は加
熱温度により変化し、固相線温度近傍では大きく、液相
線温度近傍では小さくなるから、固相線温度近傍におけ
る液量不足による接合強度の低下、液相線温度近傍にお
ける液量過剰による特性不良が発生するのである。な
お、本発明の方法はＡｇ−Ｓｎ系以外の多成分系半田合
金についても適用することは可能であり、これらの平衡
状態図における固液共存領域の温度を接合温度として用
いれば同様の効果を得ることができる。
合状態が得られる理由は、この温度範囲では、半田成分
の一部が固体で一部が液体であるという固液共存領域と
なり、半田がシャーベット状となっているので、その固
液共存温度を接合温度として用いることにより、荷重を
かけたとき、半田の潰れや流れを制御することができ、
半田溜まりが発生しなくなるからである。固／液比は加
熱温度により変化し、固相線温度近傍では大きく、液相
線温度近傍では小さくなるから、固相線温度近傍におけ
る液量不足による接合強度の低下、液相線温度近傍にお
ける液量過剰による特性不良が発生するのである。な
お、本発明の方法はＡｇ−Ｓｎ系以外の多成分系半田合
金についても適用することは可能であり、これらの平衡
状態図における固液共存領域の温度を接合温度として用
いれば同様の効果を得ることができる。
【００１７】次に、半導体レーザ素子１と放熱体５との
接合に用いる半田層７の材料構成の改良について述べ
る。図３は本発明の半田層７を用いて、半導体レーザ素
子を放熱体に接合し、Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式
で組み立てた本発明の半導体レーザ装置の構成を示した
模式断面図であり、図１，図５と共通部分を同一符号で
表わしてある。図３の半導体レーザ装置は構造上は図
１，図５と全く同じであって、異なる所は、半導体レー
ザ素子１を放熱体５と接合する半田層７に、導電性の金
属微粉末９を一様に分散混合してあり、図５のような半
田溜まり７ａ，７ｂを発生しないことにある。
接合に用いる半田層７の材料構成の改良について述べ
る。図３は本発明の半田層７を用いて、半導体レーザ素
子を放熱体に接合し、Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｄｏｗｎ方式
で組み立てた本発明の半導体レーザ装置の構成を示した
模式断面図であり、図１，図５と共通部分を同一符号で
表わしてある。図３の半導体レーザ装置は構造上は図
１，図５と全く同じであって、異なる所は、半導体レー
ザ素子１を放熱体５と接合する半田層７に、導電性の金
属微粉末９を一様に分散混合してあり、図５のような半
田溜まり７ａ，７ｂを発生しないことにある。
【００１８】半田層７により、半導体レーザ素子１と放
熱体５との接合は次のようにして行なう。半田層７に使
用する半田合金は、重量でＰｂ６０％−Ｓｎ４０％の二
元合金であり、この中に含まれる金属微粉末９は、蒸発
法により作製した平均粒径０．５μｍの純銅微粉末であ
る。半田層７の素材を得るには、まず溶融したＰｂ−Ｓ
ｎ半田合金中へ体積比で１０〜９０％の純銅の微粉末９
を加えて混合した後、圧延成形しやすい形状に凝固させ
て、これをローラーを通して厚さ２０μｍの板状半田と
し、カッターで縦横０．２５mm角に切断する。ここで
は、半田合金と金属微粉末９との混合比、および混合比
を一定としたときの金属微粉末９の粒径が素子特性など
に及ぼす影響を調べるために、混合比および金属微粉末
９の粒径を種々に変えた半田箔を作製したが、これにつ
いては後述する。次にこの半田箔を用いて、０．２５×
０．２５×０．１mmの大きさの半導体レーザ素子１と放
熱体５とを接合するには、図示してない熱板上で、放熱
体５の金属層６の所定の位置に半田箔を載せ、さらにそ
の上に素子１の電極金属３の方を位置合わせした後、素
子１の電極金属４側の上方から、３０ｇｒの重錘を載せ
て加圧し、熱板により全体を加熱することにより行な
う。そのときの加熱温度は２９０°Ｃ、加熱時間は１０
秒である。
熱体５との接合は次のようにして行なう。半田層７に使
用する半田合金は、重量でＰｂ６０％−Ｓｎ４０％の二
元合金であり、この中に含まれる金属微粉末９は、蒸発
法により作製した平均粒径０．５μｍの純銅微粉末であ
る。半田層７の素材を得るには、まず溶融したＰｂ−Ｓ
ｎ半田合金中へ体積比で１０〜９０％の純銅の微粉末９
を加えて混合した後、圧延成形しやすい形状に凝固させ
て、これをローラーを通して厚さ２０μｍの板状半田と
し、カッターで縦横０．２５mm角に切断する。ここで
は、半田合金と金属微粉末９との混合比、および混合比
を一定としたときの金属微粉末９の粒径が素子特性など
に及ぼす影響を調べるために、混合比および金属微粉末
９の粒径を種々に変えた半田箔を作製したが、これにつ
いては後述する。次にこの半田箔を用いて、０．２５×
０．２５×０．１mmの大きさの半導体レーザ素子１と放
熱体５とを接合するには、図示してない熱板上で、放熱
体５の金属層６の所定の位置に半田箔を載せ、さらにそ
の上に素子１の電極金属３の方を位置合わせした後、素
子１の電極金属４側の上方から、３０ｇｒの重錘を載せ
て加圧し、熱板により全体を加熱することにより行な
う。そのときの加熱温度は２９０°Ｃ、加熱時間は１０
秒である。
【００１９】このようにして作製される接合後の半導体
レーザ装置について、半田合金と金属微粉末９との混合
比をパラメータとして、特性不良発生確率および接合強
度を調べた結果、図４のような線図が得られた。接合強
度は図２の場合と同じである。図４において、曲線
（イ）が特性不良の発生確率を示し、曲線（ロ）が接合
強度を表わしている。
レーザ装置について、半田合金と金属微粉末９との混合
比をパラメータとして、特性不良発生確率および接合強
度を調べた結果、図４のような線図が得られた。接合強
度は図２の場合と同じである。図４において、曲線
（イ）が特性不良の発生確率を示し、曲線（ロ）が接合
強度を表わしている。
【００２０】図４から半田溜まりに起因する遮光や、電
流−電圧特性不良の発生確率は、混合比が４０％未満で
急に高くなり、接合強度は混合比が７０％を超えると極
端に低くなることがわかる。また、各混合比で作製した
半導体レーザ装置について、半田溜まりの有無を詳細に
調べた結果、混合比が４０％未満で半田溜まりが多く発
生し、図５に示すような状態になっていることがわかっ
た。さらに、混合比を４０％以上にしたとき、図１に示
す半田層７のように、殆ど半田箔の形状を保っており、
全く半田溜まりを形成しないが、混合比が７０％を超え
ると半田層７中の金属微粉末９同士の間に空隙を生じ
て、接合強度が低下することもわかった。
流−電圧特性不良の発生確率は、混合比が４０％未満で
急に高くなり、接合強度は混合比が７０％を超えると極
端に低くなることがわかる。また、各混合比で作製した
半導体レーザ装置について、半田溜まりの有無を詳細に
調べた結果、混合比が４０％未満で半田溜まりが多く発
生し、図５に示すような状態になっていることがわかっ
た。さらに、混合比を４０％以上にしたとき、図１に示
す半田層７のように、殆ど半田箔の形状を保っており、
全く半田溜まりを形成しないが、混合比が７０％を超え
ると半田層７中の金属微粉末９同士の間に空隙を生じ
て、接合強度が低下することもわかった。
【００２１】次に半田合金と金属微粉末９との混合比を
一定とし、金属微粉末９の粒径のみ０．０１〜５μｍの
範囲で変化させたとき、得られた半導体レーザ装置の特
性不良発生確率と接合強度は、関係線図は省略するが、
金属微粉末９の粒径が０．１〜１μｍの範囲で接合強度
が高く、特性不良発生確率も低いことがわかった。以上
のことから、半田層７に含まれる金属微粉末９の粒径が
０．１〜１μｍ，半田合金と金属微粉末９との混合比が
４０〜７０％という条件の下に、組み立て後の接合強度
が十分に大きく、歩留りも高い半導体レーザ装置を得る
ことができる。
一定とし、金属微粉末９の粒径のみ０．０１〜５μｍの
範囲で変化させたとき、得られた半導体レーザ装置の特
性不良発生確率と接合強度は、関係線図は省略するが、
金属微粉末９の粒径が０．１〜１μｍの範囲で接合強度
が高く、特性不良発生確率も低いことがわかった。以上
のことから、半田層７に含まれる金属微粉末９の粒径が
０．１〜１μｍ，半田合金と金属微粉末９との混合比が
４０〜７０％という条件の下に、組み立て後の接合強度
が十分に大きく、歩留りも高い半導体レーザ装置を得る
ことができる。
【００２２】このように、半田層７を用いた半導体レー
ザ装置が、組み立て後に良好な接合状態が得られる理由
は、半田層７が半田付け温度で、半田合金の一部が固体
で一部が液体であるという固液共存状態となり、半田層
７がシャーベット状となっているので、荷重をかけたと
き、半田の潰れや流れを制御することができ、半田溜ま
りが発生しなくなるからである。したがって、金属微粉
末９の混合量が少なく、粒径が小さ過ぎると半田溜まり
が発生し、その反対に金属微粉末９の混合量が多く、粒
径が大き過ぎると半田合金としての接合性が低下し、必
要な接合強度を得ることができなくなるので、金属微粉
末９の混合量と粒径を前述のように最適範囲に設定しな
ければならない。
ザ装置が、組み立て後に良好な接合状態が得られる理由
は、半田層７が半田付け温度で、半田合金の一部が固体
で一部が液体であるという固液共存状態となり、半田層
７がシャーベット状となっているので、荷重をかけたと
き、半田の潰れや流れを制御することができ、半田溜ま
りが発生しなくなるからである。したがって、金属微粉
末９の混合量が少なく、粒径が小さ過ぎると半田溜まり
が発生し、その反対に金属微粉末９の混合量が多く、粒
径が大き過ぎると半田合金としての接合性が低下し、必
要な接合強度を得ることができなくなるので、金属微粉
末９の混合量と粒径を前述のように最適範囲に設定しな
ければならない。
【００２３】
【発明の効果】半導体レーザ素子と放熱体を半田合金を
用いて接合する際に、従来半田合金の融点以上の温度で
行っていたので、半田溜まりなどが発生し、これが原因
で素子の電気的短絡やレーザ光の遮光などを起こしてい
たが、本発明では箔状の半田合金を用い、半田合金の固
相と液相の共存する領域の温度範囲に加熱して接合する
ようにしたため、半田合金の濡れ性と箔状半田の形状保
持とが同時に満足され、接合後の半導体レーザ装置の歩
留りが向上し、特性上も高い信頼性を得ることができ
る。
用いて接合する際に、従来半田合金の融点以上の温度で
行っていたので、半田溜まりなどが発生し、これが原因
で素子の電気的短絡やレーザ光の遮光などを起こしてい
たが、本発明では箔状の半田合金を用い、半田合金の固
相と液相の共存する領域の温度範囲に加熱して接合する
ようにしたため、半田合金の濡れ性と箔状半田の形状保
持とが同時に満足され、接合後の半導体レーザ装置の歩
留りが向上し、特性上も高い信頼性を得ることができ
る。
【００２４】一方、半導体レーザ素子と放熱体を接合す
る半田層の材料構成を 導電性金属微粉末を混合した箔
状の半田合金とすることにより、接合温度で液状の半田
合金と固体の金属微粉末とが共存する状態を作りだし、
接合時に荷重をかけたとき半田層が潰れるのを抑制し、
半田合金の良好な濡れ性と半田層の形状保持とが同時に
満足されることから、接合の歩留りが向上し、半導体レ
ーザ装置の特性も安定する。
る半田層の材料構成を 導電性金属微粉末を混合した箔
状の半田合金とすることにより、接合温度で液状の半田
合金と固体の金属微粉末とが共存する状態を作りだし、
接合時に荷重をかけたとき半田層が潰れるのを抑制し、
半田合金の良好な濡れ性と半田層の形状保持とが同時に
満足されることから、接合の歩留りが向上し、半導体レ
ーザ装置の特性も安定する。
【図１】本発明の方法による半導体レーザ素子と放熱体
の接合状態を示す模式断面図
の接合状態を示す模式断面図
【図２】加熱温度に対する接合強度および特性不良発生
確率の関係線図
確率の関係線図
【図３】本発明の半田層を用いた半導体レーザ装置の構
成を示す模式断面図
成を示す模式断面図
【図４】半田合金と金属微粉末との混合比に対する接合
強度および特性不良発生確率の関係線図
強度および特性不良発生確率の関係線図
【図５】従来の半導体レーザ素子と放熱体の接合状態を
示す模式断面図
示す模式断面図
【図６】Ａｇ−Ｓｎ合金の平衡状態図
【符号の説明】１ 半導体レーザ素子 ２ 活性層 ３ 電極金属 ４ 電極金属 ５ 放熱体 ６ 金属層 ７ 半田層７ 半田層 ７ａ 半田溜まり ７ｂ 半田溜まり ８ 発光領域 ９ 金属微粉末
Claims (6)
- 【請求項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を半田合金を用いて接合す
るに当たり、平衡状態図における固相と液相が広い温度
範囲で共存する領域を持つ多成分系の半田合金を用い、
接合温度を前記温度範囲として行なうことを特徴とする
半導体レーザ装置の接合方法。 - 【請求項２】請求項１記載の方法において、半田合金と
してＡｇ−Ｓｎ合金用い、接合温度を２８０℃〜３４０
℃とすることを特徴とする半導体レーザ装置の接合方
法。 - 【請求項３】請求項１または２記載の方法において、箔
状半田合金を用いることをことを特徴とする半導体レー
ザ装置の接合方法。 - 【請求項４】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を接合した半導体レーザ装
置の半田層であって、半田付け温度より高融点の導電性
金属微粉末を一様に分散混合した半田合金箔を用いるこ
とを特徴とする半導体レーザ装置の半田層。 - 【請求項５】請求項４記載の方法において、金属微粉末
は粒径０．１〜１μｍのＣｕであることを特徴とする半
導体レーザ装置の半田層。 - 【請求項６】請求項４または５記載の方法において、金
属微粉末の混合比は体積比で４０〜７０％であることを
特徴とする半導体レーザ装置の半田層。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23666691A JPH0541563A (ja) | 1991-05-28 | 1991-09-18 | 半導体レーザ装置の接合方法と半田層 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-121507 | 1991-05-28 | ||
| JP12150791 | 1991-05-28 | ||
| JP23666691A JPH0541563A (ja) | 1991-05-28 | 1991-09-18 | 半導体レーザ装置の接合方法と半田層 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0541563A true JPH0541563A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=26458859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23666691A Pending JPH0541563A (ja) | 1991-05-28 | 1991-09-18 | 半導体レーザ装置の接合方法と半田層 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0541563A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001052323A2 (en) * | 2000-01-11 | 2001-07-19 | Thermax International, L.L.C. | Thermal joint and method of use |
| US6479325B2 (en) * | 1999-12-07 | 2002-11-12 | Sony Corporation | Method of stacking semiconductor laser devices in a sub-mount and heatsink |
-
1991
- 1991-09-18 JP JP23666691A patent/JPH0541563A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6479325B2 (en) * | 1999-12-07 | 2002-11-12 | Sony Corporation | Method of stacking semiconductor laser devices in a sub-mount and heatsink |
| US6720581B2 (en) * | 1999-12-07 | 2004-04-13 | Sony Corporation | Mounting plate for a laser chip in a semiconductor laser device |
| WO2001052323A2 (en) * | 2000-01-11 | 2001-07-19 | Thermax International, L.L.C. | Thermal joint and method of use |
| WO2001052323A3 (en) * | 2000-01-11 | 2001-12-13 | Thermax International L L C | Thermal joint and method of use |
| KR100459794B1 (ko) * | 2000-01-11 | 2004-12-03 | 더맥스 인터내셔날, 엘.엘.씨 | 열계면체와 사용방법 |
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