JPH0555712A - 半導体光デバイス及びその組立方法 - Google Patents
半導体光デバイス及びその組立方法Info
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- JPH0555712A JPH0555712A JP24276791A JP24276791A JPH0555712A JP H0555712 A JPH0555712 A JP H0555712A JP 24276791 A JP24276791 A JP 24276791A JP 24276791 A JP24276791 A JP 24276791A JP H0555712 A JPH0555712 A JP H0555712A
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- semiconductor
- semiconductor laser
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 活性領域の近傍にメサ溝を有する半導体光デ
バイスを応力の集中を避けてメサ主面をヒートシンク材
に半田固着させる。 【構成】 メサ１０６主面にのみ半田材１０４を使用し
て半田固着するようにした。 【効果】 半田固着の際に、半導体レーザ１素子周辺か
ら活性領域１０２に加わる熱応力を低減することがで
き、メサ溝１０３を有する半導体レーザを、放熱効果は
高く、かつ寿命の観点からは信頼性の高い、半導体光デ
バイスの組立方法でもって実現できる。
バイスを応力の集中を避けてメサ主面をヒートシンク材
に半田固着させる。 【構成】 メサ１０６主面にのみ半田材１０４を使用し
て半田固着するようにした。 【効果】 半田固着の際に、半導体レーザ１素子周辺か
ら活性領域１０２に加わる熱応力を低減することがで
き、メサ溝１０３を有する半導体レーザを、放熱効果は
高く、かつ寿命の観点からは信頼性の高い、半導体光デ
バイスの組立方法でもって実現できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は信頼性に優れた高速の
半導体光デバイス及びその組立方法に関するものであ
る。
半導体光デバイス及びその組立方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体光デバイスには半導体レーザ，発
光ダイオード及び受光ダイオードなどがあるが、ここで
は説明の都合上、半導体レーザを例にあげて詳しく記述
する。
光ダイオード及び受光ダイオードなどがあるが、ここで
は説明の都合上、半導体レーザを例にあげて詳しく記述
する。
【０００３】図２は従来の半導体レーザの組立方法を示
す模式図である。１は半導体レーザ、１０１はＧａＡｓ
あるいはＩｎＰ等からなる半導体基板、１０２は半導体
基板１０１上に形成された活性領域、１０６は活性領域
１０２を含むメサ、１０３は半導体レーザの応答速度を
向上させる目的で設けられた、寄生容量成分を除去する
ためのメサ溝、２０１は半導体レーザ１をヒートシンク
材１０５に固着させるための半田材である。図２は活性
領域１０２に近い側の半導体主面がヒートシンク材１０
５に固着される組立方法であり、“ジャンクションダウ
ン組立法”と呼ばれる。この方法は半導体レーザ駆動時
に活性領域１０２で発生する熱をヒートシンク材１０５
に効率的に逃がし得るという特徴を有している。
す模式図である。１は半導体レーザ、１０１はＧａＡｓ
あるいはＩｎＰ等からなる半導体基板、１０２は半導体
基板１０１上に形成された活性領域、１０６は活性領域
１０２を含むメサ、１０３は半導体レーザの応答速度を
向上させる目的で設けられた、寄生容量成分を除去する
ためのメサ溝、２０１は半導体レーザ１をヒートシンク
材１０５に固着させるための半田材である。図２は活性
領域１０２に近い側の半導体主面がヒートシンク材１０
５に固着される組立方法であり、“ジャンクションダウ
ン組立法”と呼ばれる。この方法は半導体レーザ駆動時
に活性領域１０２で発生する熱をヒートシンク材１０５
に効率的に逃がし得るという特徴を有している。
【０００４】次に従来方法の動作について説明する。活
性領域１０２で発生した熱はメサ１０６内で広がり、半
田材２０１を介してヒートシンク材１０５に放熱され
る。放熱効果を高めるためヒートシンク材としては通常
熱伝導度の高い銅，銀等の金属、あるいはダイヤモンド
及び高熱伝導度を有するセラミック（例えばベリリヤ，
アルミナイトライド）などが用いられる。
性領域１０２で発生した熱はメサ１０６内で広がり、半
田材２０１を介してヒートシンク材１０５に放熱され
る。放熱効果を高めるためヒートシンク材としては通常
熱伝導度の高い銅，銀等の金属、あるいはダイヤモンド
及び高熱伝導度を有するセラミック（例えばベリリヤ，
アルミナイトライド）などが用いられる。
【０００５】一般に、半導体と金属では熱膨張係数が大
きく異なる。従って、ヒートシンク材に金属を用いる場
合は、半田固着温度から室温に降温する際に発生する大
きな熱応力を避けるために半田材として、塑性変形しや
すいインジウム等が用いられる。しかし、インジウムは
半導体レーザ１の電極として用いられる金と容易に反応
し、脆弱な金インジウム合金を形成するため、数千時間
以上の長時間動作には適さないという問題がある。一
方、ヒートシンク材にセラミックを用いる場合には、ヒ
ートシンク材であるセラミックと半導体材料の熱膨張係
数がオーダ的にほぼ一致しているので、電極材である金
との反応がほとんどなく、また機械的強度の強い高融点
金錫合金を用いることが可能である。１ＧＨｚ程度の応
答速度を持つ半導体レーザでは、寄生容量を除去するた
めのメサ溝１０３が必要でないため、半導体レーザの断
面は矩形状をしており、ジャンクションダウン組立法で
信頼性の高い金錫半田を用いることに何ら問題は生じて
いなかった。
きく異なる。従って、ヒートシンク材に金属を用いる場
合は、半田固着温度から室温に降温する際に発生する大
きな熱応力を避けるために半田材として、塑性変形しや
すいインジウム等が用いられる。しかし、インジウムは
半導体レーザ１の電極として用いられる金と容易に反応
し、脆弱な金インジウム合金を形成するため、数千時間
以上の長時間動作には適さないという問題がある。一
方、ヒートシンク材にセラミックを用いる場合には、ヒ
ートシンク材であるセラミックと半導体材料の熱膨張係
数がオーダ的にほぼ一致しているので、電極材である金
との反応がほとんどなく、また機械的強度の強い高融点
金錫合金を用いることが可能である。１ＧＨｚ程度の応
答速度を持つ半導体レーザでは、寄生容量を除去するた
めのメサ溝１０３が必要でないため、半導体レーザの断
面は矩形状をしており、ジャンクションダウン組立法で
信頼性の高い金錫半田を用いることに何ら問題は生じて
いなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】数ＧＨｚ以上の高速応
答性を有する半導体レーザでは、図２に示すようにメサ
溝が形成される。従って、当然ながら半導体レーザの断
面は矩形ではなくなり、メサ溝部分で半導体レーザの厚
みが薄くならざるをえない。この場合、機械的強度が強
く信頼性の高い半田材（例えば金錫）を用いると、図３
に模式的に示すように、降温時に発生するわずかな熱応
力が活性領域近傍にあるメサ溝部分に集中し、活性領域
に致命的なダメージを与えることがある。図３は応力集
中の計算例で、３０１は等応力線を示す。応力の集中度
合いはメサの形状に依存するが、例えばメサ形状が半径
１０μｍの半円で半導体レーザの厚みが１００μｍであ
るとき、最大応力はメサのない場合の約２０倍にも達す
る。また、半導体部品で通常行われる熱サイクル試験
（例えば−４０度から＋１００度までの間で昇温・降温
を１００サイクル程度繰り返す）で、図４に示すように
応力集中によりメサが破断し、亀裂４０１が発生し、半
導体レーザが壊れてしまう不具合が発生することもあっ
た。
答性を有する半導体レーザでは、図２に示すようにメサ
溝が形成される。従って、当然ながら半導体レーザの断
面は矩形ではなくなり、メサ溝部分で半導体レーザの厚
みが薄くならざるをえない。この場合、機械的強度が強
く信頼性の高い半田材（例えば金錫）を用いると、図３
に模式的に示すように、降温時に発生するわずかな熱応
力が活性領域近傍にあるメサ溝部分に集中し、活性領域
に致命的なダメージを与えることがある。図３は応力集
中の計算例で、３０１は等応力線を示す。応力の集中度
合いはメサの形状に依存するが、例えばメサ形状が半径
１０μｍの半円で半導体レーザの厚みが１００μｍであ
るとき、最大応力はメサのない場合の約２０倍にも達す
る。また、半導体部品で通常行われる熱サイクル試験
（例えば−４０度から＋１００度までの間で昇温・降温
を１００サイクル程度繰り返す）で、図４に示すように
応力集中によりメサが破断し、亀裂４０１が発生し、半
導体レーザが壊れてしまう不具合が発生することもあっ
た。
【０００７】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたもので、メサ溝を有する高速応答可能な半導体レー
ザ及びその信頼性の高い組立方法を得ることを目的とし
ている。
れたもので、メサ溝を有する高速応答可能な半導体レー
ザ及びその信頼性の高い組立方法を得ることを目的とし
ている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明にかかる半導体
光デバイス及びその組立方法は、ジャンクションダウン
に組み立てられた半導体レーザのメサ部分への応力集中
を避けるために、メサ溝の外側の半導体主面はヒートシ
ンク材に固着せず、活性領域を含むメサ部分のみ半田固
着するようにしたものである。
光デバイス及びその組立方法は、ジャンクションダウン
に組み立てられた半導体レーザのメサ部分への応力集中
を避けるために、メサ溝の外側の半導体主面はヒートシ
ンク材に固着せず、活性領域を含むメサ部分のみ半田固
着するようにしたものである。
【０００９】
【作用】メサ溝の外側の半導体主面がヒートシンク材に
固着されていないため、半導体レーザが半田融点で固着
され室温まで降温されるとき、メサ溝外側は半導体が自
然に熱収縮するのみであり、ヒートシンク材との熱膨張
係数の違いによる熱応力は発生しない。従ってメサ部分
への応力集中は起こらず、従来法に見られた不具合の発
生はなくなる。
固着されていないため、半導体レーザが半田融点で固着
され室温まで降温されるとき、メサ溝外側は半導体が自
然に熱収縮するのみであり、ヒートシンク材との熱膨張
係数の違いによる熱応力は発生しない。従ってメサ部分
への応力集中は起こらず、従来法に見られた不具合の発
生はなくなる。
【００１０】
【実施例】以下この発明の一実施例を図について説明す
る。図１は本発明の一実施例による半導体光デバイス及
びその組立方法を示し、図において、１は半導体レー
ザ、１０４はメサ活性領域１０２を含むメサ１０６の主
面に接する部分に用いられた半田材である。上記の例で
は活性領域１０２が埋め込まれた、いわゆる埋め込み型
半導体レーザを例にあげて示してあるが、他のどのよう
なタイプの半導体レーザにも適用することができる。
る。図１は本発明の一実施例による半導体光デバイス及
びその組立方法を示し、図において、１は半導体レー
ザ、１０４はメサ活性領域１０２を含むメサ１０６の主
面に接する部分に用いられた半田材である。上記の例で
は活性領域１０２が埋め込まれた、いわゆる埋め込み型
半導体レーザを例にあげて示してあるが、他のどのよう
なタイプの半導体レーザにも適用することができる。
【００１１】図１では、メサ溝１０３の外側には半田が
形成されておらず、あたかも大きな空隙ができているよ
うに誇張して示しているが、半田融着時は半田材は薄く
引き延ばされ、図１に示した空隙１１０は無視できる程
度に小さくなる。半田固着の際に、メサ溝の外側から発
生する応力は、いま述べた方法で回避できるが、メサ１
０６の主面に設けた半田とヒートシンク材との間に発生
する応力を減少させるために、半田材とメサ１０６の主
面の間に延性が大きくて柔らかい金などをメッキで数μ
ｍ形成すると、応力の回避にさらに効果がある。
形成されておらず、あたかも大きな空隙ができているよ
うに誇張して示しているが、半田融着時は半田材は薄く
引き延ばされ、図１に示した空隙１１０は無視できる程
度に小さくなる。半田固着の際に、メサ溝の外側から発
生する応力は、いま述べた方法で回避できるが、メサ１
０６の主面に設けた半田とヒートシンク材との間に発生
する応力を減少させるために、半田材とメサ１０６の主
面の間に延性が大きくて柔らかい金などをメッキで数μ
ｍ形成すると、応力の回避にさらに効果がある。
【００１２】このような本実施例では、活性領域を含む
メサの主面にのみ半田材を使用したので、半田固着の際
に半導体レーザ素子周辺から活性領域に加わる熱応力を
低減することができる。従って、メサ溝を持った高速応
答可能な半導体レーザなどにおいて、放熱的には効果が
大きく、寿命の観点からは信頼性の高い半導体光デバイ
スを得ることができる。
メサの主面にのみ半田材を使用したので、半田固着の際
に半導体レーザ素子周辺から活性領域に加わる熱応力を
低減することができる。従って、メサ溝を持った高速応
答可能な半導体レーザなどにおいて、放熱的には効果が
大きく、寿命の観点からは信頼性の高い半導体光デバイ
スを得ることができる。
【００１３】次に組立方法について説明する。一般に、
高速化のために半導体レーザ１は活性領域１０２の両側
にメサ溝１０３が形成されている。通常、このメサ溝は
化学エッチング等で形成され、ほぼ幅約２０μｍ，深さ
約２０μｍである。本実施例のごとくメサの主面に接す
る部分にのみ半田材を限定して用いるためには以下のよ
うにすればよい。半田材となる、例えば金錫半田を半導
体レーザ主面全面に蒸着で形成し、メサ主面上をホトレ
ジストなどで被ったのち、硫酸を主成分とするエッチン
グ液で除去する。あるいは、ヒートシンク材のうち半導
体レーザの半田固着の際接する部分に対して予め半田材
を部分的に形成しておく。この場合も、ヒートシンク材
の全面に半田材である金錫を蒸着などで形成した後、写
真製版とエッチングを行えばよい。半田材の厚みには特
に指定はないが、数μｍあればよい。このように、本発
明の組立方法によれば、半田材の面積を限定するだけの
手段によって、後述のような、亀裂の生じない信頼性の
高い半導体光デバイスが得られる。
高速化のために半導体レーザ１は活性領域１０２の両側
にメサ溝１０３が形成されている。通常、このメサ溝は
化学エッチング等で形成され、ほぼ幅約２０μｍ，深さ
約２０μｍである。本実施例のごとくメサの主面に接す
る部分にのみ半田材を限定して用いるためには以下のよ
うにすればよい。半田材となる、例えば金錫半田を半導
体レーザ主面全面に蒸着で形成し、メサ主面上をホトレ
ジストなどで被ったのち、硫酸を主成分とするエッチン
グ液で除去する。あるいは、ヒートシンク材のうち半導
体レーザの半田固着の際接する部分に対して予め半田材
を部分的に形成しておく。この場合も、ヒートシンク材
の全面に半田材である金錫を蒸着などで形成した後、写
真製版とエッチングを行えばよい。半田材の厚みには特
に指定はないが、数μｍあればよい。このように、本発
明の組立方法によれば、半田材の面積を限定するだけの
手段によって、後述のような、亀裂の生じない信頼性の
高い半導体光デバイスが得られる。
【００１４】なお上記の例では活性領域１０２が埋め込
まれた、いわゆる埋め込み型半導体レーザを例にあげて
示してあるが、他のどのようなタイプの半導体レーザに
も本発明による組立方法を適用することができる。また
上記実施例では半導体レーザを例にあげたが、活性領域
が円形の発光ダイオードにも適用できることは勿論であ
る。この場合、メサ溝はストライプ状ではなく、活性領
域を取り囲む円環状になる。さらに、本発明は半導体発
光素子にのみ限定されるものではなく、半導体受光素子
にも適用できることは明らかである。
まれた、いわゆる埋め込み型半導体レーザを例にあげて
示してあるが、他のどのようなタイプの半導体レーザに
も本発明による組立方法を適用することができる。また
上記実施例では半導体レーザを例にあげたが、活性領域
が円形の発光ダイオードにも適用できることは勿論であ
る。この場合、メサ溝はストライプ状ではなく、活性領
域を取り囲む円環状になる。さらに、本発明は半導体発
光素子にのみ限定されるものではなく、半導体受光素子
にも適用できることは明らかである。
【００１５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、活性
領域を含むメサの主面にのみ半田材が使用されているの
で、半田固着の際に半導体レーザ素子周辺から活性領域
に加わる熱応力を低減することができ、メサ溝を持ち、
高速応答可能な半導体レーザを、放熱的には効果が大き
く、寿命の観点からは信頼性の高い半導体光デバイスを
得ることができる効果がある。また、本発明の組立方法
によれば、半田材の面積を限定するだけの手段によっ
て、亀裂の生じない信頼性の高い半導体光デバイスが得
られる効果がある。
領域を含むメサの主面にのみ半田材が使用されているの
で、半田固着の際に半導体レーザ素子周辺から活性領域
に加わる熱応力を低減することができ、メサ溝を持ち、
高速応答可能な半導体レーザを、放熱的には効果が大き
く、寿命の観点からは信頼性の高い半導体光デバイスを
得ることができる効果がある。また、本発明の組立方法
によれば、半田材の面積を限定するだけの手段によっ
て、亀裂の生じない信頼性の高い半導体光デバイスが得
られる効果がある。
【図１】本発明による一実施例による半導体光デバイス
及びその組立方法を示す断面図。
及びその組立方法を示す断面図。
【図２】従来の半導体光デバイス及びその組立方法の組
立法を示す断面図。
立法を示す断面図。
【図３】従来の組立法による応力集中を示す図。
【図４】メサ部分に集中した応力により発生した亀裂を
示す図。
示す図。
１ 半導体レーザ １０２ 活性領域 １０３ メサ溝 １０４ 半田材 １０５ ヒートシンク １０６ メサ
Claims (2)
- 【請求項１】 活性領域近傍にメサ溝を有する半導体発
光デバイスを、メサ溝を有する半導体主面側が放熱部材
に接するように固着させてなる半導体光デバイスにおい
て、 上記半導体発光デバイスの活性領域を含むメサ部分のみ
を固着用半田材を用いて放熱部材に固着してなることを
特徴とする半導体光デバイス。 - 【請求項２】 活性領域近傍にメサ溝を有する半導体発
光デバイスを、メサ溝を有する半導体主面側が放熱部材
に接するように固着させて組み立てる半導体デバイスの
組立方法において、 上記半導体発光デバイスの活性領域を含むメサ部分のみ
を固着用半田材を用いて放熱部材に固着して組み立てる
ことを特徴とする半導体光デバイスの組立方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24276791A JP2768852B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 半導体光デバイス及びその組立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24276791A JP2768852B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 半導体光デバイス及びその組立方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0555712A true JPH0555712A (ja) | 1993-03-05 |
| JP2768852B2 JP2768852B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=17093977
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24276791A Expired - Lifetime JP2768852B2 (ja) | 1991-08-27 | 1991-08-27 | 半導体光デバイス及びその組立方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2768852B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233877A (ja) * | 1998-02-16 | 1999-08-27 | Nec Corp | アレイ型レーザダイオード |
| JP2002026465A (ja) * | 2000-07-12 | 2002-01-25 | Denso Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| JP2003101144A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-04 | Nec Compound Semiconductor Devices Ltd | 半導体レーザ装置 |
| US6954034B2 (en) | 2001-03-02 | 2005-10-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device |
| JP2012528439A (ja) * | 2009-05-28 | 2012-11-12 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 光源を囲むエンベロープを具備する照明装置 |
| JP6813138B1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-01-13 | 三菱電機株式会社 | 光半導体素子 |
-
1991
- 1991-08-27 JP JP24276791A patent/JP2768852B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11233877A (ja) * | 1998-02-16 | 1999-08-27 | Nec Corp | アレイ型レーザダイオード |
| US6353625B1 (en) | 1998-02-16 | 2002-03-05 | Nec Corporation | Array type laser diode |
| JP2002026465A (ja) * | 2000-07-12 | 2002-01-25 | Denso Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US6954034B2 (en) | 2001-03-02 | 2005-10-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor light-emitting device |
| JP2003101144A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-04-04 | Nec Compound Semiconductor Devices Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2012528439A (ja) * | 2009-05-28 | 2012-11-12 | コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ | 光源を囲むエンベロープを具備する照明装置 |
| JP6813138B1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-01-13 | 三菱電機株式会社 | 光半導体素子 |
| WO2021186695A1 (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-23 | 三菱電機株式会社 | 光半導体素子 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2768852B2 (ja) | 1998-06-25 |
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