JPH0677602A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高い信頼性を有する半導体発光装置に関する
もので、従来の窒素雰囲気ガス中でも発生する半導体発
光素子の酸化を防止する。 【構成】 雰囲気ガス５が還元性気体のため、酸素の混
入があっても半導体発光素子の酸化による劣化が改善さ
れる他、半導体発光素子の電極や半田など金属部分の酸
化も防止できる。
もので、従来の窒素雰囲気ガス中でも発生する半導体発
光素子の酸化を防止する。 【構成】 雰囲気ガス５が還元性気体のため、酸素の混
入があっても半導体発光素子の酸化による劣化が改善さ
れる他、半導体発光素子の電極や半田など金属部分の酸
化も防止できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高い信頼性を有する半導
体発光装置に関するものである。
体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体発光装置の高い信頼性を得
るための手段の一つとして、上記半導体発光装置のパッ
ケージ内に、雰囲気ガスとして窒素等の不活性ガスを気
密封止することが行われている。例として半導体発光素
子としてレーザダイオード（以下、ＬＤと記す）をマウ
ントした半導体発光装置を挙げる。
るための手段の一つとして、上記半導体発光装置のパッ
ケージ内に、雰囲気ガスとして窒素等の不活性ガスを気
密封止することが行われている。例として半導体発光素
子としてレーザダイオード（以下、ＬＤと記す）をマウ
ントした半導体発光装置を挙げる。
【０００３】図１は従来から用いられている代表的な上
記半導体発光装置の気密封止パッケージの断面構造を示
す図である。図１において１はＬＤチップ、２はＬＤチ
ップを半田づけするヒートシンク、３はヒートシンクが
マウントされる円盤上のステム、４は半田づけ部、５は
窒素雰囲気ガスであり、ＬＤチップ１は半田づけ部４を
介してヒートシンク２に設置されている。ヒートシンク
２は円盤上のステム３上に設置されて、ＬＤ出射光６を
取り出すためのガラス窓７のついたキャップ８で気密封
止されている。ここでキャップ８内は窒素雰囲気ガス５
で充填されている。
記半導体発光装置の気密封止パッケージの断面構造を示
す図である。図１において１はＬＤチップ、２はＬＤチ
ップを半田づけするヒートシンク、３はヒートシンクが
マウントされる円盤上のステム、４は半田づけ部、５は
窒素雰囲気ガスであり、ＬＤチップ１は半田づけ部４を
介してヒートシンク２に設置されている。ヒートシンク
２は円盤上のステム３上に設置されて、ＬＤ出射光６を
取り出すためのガラス窓７のついたキャップ８で気密封
止されている。ここでキャップ８内は窒素雰囲気ガス５
で充填されている。
【０００４】また別の従来例として活性領域がInGaAsP
結晶の半導体レーザを半導体発光装置において、窒素雰
囲気ガス中の発光素子の劣化を改善するために、上記パ
ッケージ内の雰囲気ガスを酸素を含む気体とするものが
ある（特公平４ー６１１４号公報）。
結晶の半導体レーザを半導体発光装置において、窒素雰
囲気ガス中の発光素子の劣化を改善するために、上記パ
ッケージ内の雰囲気ガスを酸素を含む気体とするものが
ある（特公平４ー６１１４号公報）。
【０００５】このパッケージ内の雰囲気ガスを酸素を含
む気体とする構成は、化合物結晶でもInP系結晶はGaAs
系結晶に比べて酸化されにくいために実際の使用条件下
では、端面酸化は実用上問題がないという前提で行われ
ている。
む気体とする構成は、化合物結晶でもInP系結晶はGaAs
系結晶に比べて酸化されにくいために実際の使用条件下
では、端面酸化は実用上問題がないという前提で行われ
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】今回、本発明者らは活
性領域がInGaAsP結晶からなる半導体発光装置のひとつ
である長波長ＬＤを製作し、以下の実験を行った。上記
長波長ＬＤは InP基板にInGaAsPを埋め込んだInGaAsP/I
nP ＢＨＬＤ（Buried Hetero-structure ＬＤ）であ
り、発振波長は光通信用に使われる１．３μｍである。
性領域がInGaAsP結晶からなる半導体発光装置のひとつ
である長波長ＬＤを製作し、以下の実験を行った。上記
長波長ＬＤは InP基板にInGaAsPを埋め込んだInGaAsP/I
nP ＢＨＬＤ（Buried Hetero-structure ＬＤ）であ
り、発振波長は光通信用に使われる１．３μｍである。
【０００７】まずInP基板上にInGaAsP結晶を成長させる
１次エピ工程を行い、次にメサ状のストライプを形成す
るエッチング工程、そして上記ストライプをn-InPとp-I
nPで埋め込む２次エピ工程、最後に電極を形成するデポ
工程を行いウエハ状のＬＤチップを製作する。
１次エピ工程を行い、次にメサ状のストライプを形成す
るエッチング工程、そして上記ストライプをn-InPとp-I
nPで埋め込む２次エピ工程、最後に電極を形成するデポ
工程を行いウエハ状のＬＤチップを製作する。
【０００８】上記ＬＤチップを個々に分離し、チップの
状態でしきい値等の静特性に関し、探針を用いて１次検
査を行い良品ＬＤチップを選別する。
状態でしきい値等の静特性に関し、探針を用いて１次検
査を行い良品ＬＤチップを選別する。
【０００９】選別された上記良品ＬＤチップのみを図２
に示すようにＬＤチップキャリア１０を組み立てた。Ｌ
型チップキャリア１１に金鍍金されたSiCサブマウント
１２がAu/Sn半田１３で接着されており、上記SiCサブマ
ウント１２上にＬＤチップ１４がAu/Sn半田１３で接着
されている。上記Ｌ型チップキャリア１１の片方にはセ
ラミックス１５を介し電極１６があり、上記ＬＤチップ
１４と上記電極１６は金線１７でボンデングされてい
る。
に示すようにＬＤチップキャリア１０を組み立てた。Ｌ
型チップキャリア１１に金鍍金されたSiCサブマウント
１２がAu/Sn半田１３で接着されており、上記SiCサブマ
ウント１２上にＬＤチップ１４がAu/Sn半田１３で接着
されている。上記Ｌ型チップキャリア１１の片方にはセ
ラミックス１５を介し電極１６があり、上記ＬＤチップ
１４と上記電極１６は金線１７でボンデングされてい
る。
【００１０】組み立てられた上記ＬＤチップキャリア１
０を、窒素雰囲気ガス中で７０℃、１５０ｍＡの高温・
高動作電流の条件下での加速試験による２次検査を行っ
た。上記２次検査の合否判定基準は１００時間の加速試
験でのしきい値の変化であり、上記しきい値の変化率が
１０％以下のものを良品とする。上記２次試験の結果
は、図３に示すように途中で急激に劣化した不良品のグ
ループ５１、徐々に劣化した不良品のグループ５２及び
良品のグループ５３のみっつのグループに分類できる。
０を、窒素雰囲気ガス中で７０℃、１５０ｍＡの高温・
高動作電流の条件下での加速試験による２次検査を行っ
た。上記２次検査の合否判定基準は１００時間の加速試
験でのしきい値の変化であり、上記しきい値の変化率が
１０％以下のものを良品とする。上記２次試験の結果
は、図３に示すように途中で急激に劣化した不良品のグ
ループ５１、徐々に劣化した不良品のグループ５２及び
良品のグループ５３のみっつのグループに分類できる。
【００１１】上記途中で急激に劣化した不良品のグルー
プ５１の劣化の原因は、従来ＤＬＤ（Dark Line Defec
t）と呼ばれる結晶欠陥が埋め込みエピ工程時や組立工
程時にＬＤチップ内に発生し、上記加速試験により活性
領域まで上記ＤＬＤが走ったことによるとされている。
プ５１の劣化の原因は、従来ＤＬＤ（Dark Line Defec
t）と呼ばれる結晶欠陥が埋め込みエピ工程時や組立工
程時にＬＤチップ内に発生し、上記加速試験により活性
領域まで上記ＤＬＤが走ったことによるとされている。
【００１２】上記徐々に劣化した不良品のグループ５２
の劣化の要因はいくつか有ると考えられるが、不良解析
のために、上記徐々に劣化した不良品のグループ５２の
ＬＤチップの端面をＳＥＭ（Scanning Electron Micros
cope）で観察した。
の劣化の要因はいくつか有ると考えられるが、不良解析
のために、上記徐々に劣化した不良品のグループ５２の
ＬＤチップの端面をＳＥＭ（Scanning Electron Micros
cope）で観察した。
【００１３】図４は上記ＬＤチップの端面ＳＥＭ写真の
模式図である。図４において上記ＬＤチップはInP基板
１０１にInGaAsP１０２を埋め込んだInGaAsP/InP ＢＨ
ＬＤ（Buried Hetero-structure ＬＤ）１０３である。
このＳＥＭ写真では、高分解能ＳＥＭを用い低加速電圧
（３ｋＶ）で観察しているため、端面にエッチング等の
処理を施さなくても、n-InP１０４とp-InP１０５のコン
トラストがついている。また１次電子の加速エネルギー
が少ないため電子の試料へのもぐり込みが小さく、端面
の極表層の情報が得られる。図４のInGaAsP１０２の内
部には小さな白と黒の点状の反応物１０６が一面に密集
している。
模式図である。図４において上記ＬＤチップはInP基板
１０１にInGaAsP１０２を埋め込んだInGaAsP/InP ＢＨ
ＬＤ（Buried Hetero-structure ＬＤ）１０３である。
このＳＥＭ写真では、高分解能ＳＥＭを用い低加速電圧
（３ｋＶ）で観察しているため、端面にエッチング等の
処理を施さなくても、n-InP１０４とp-InP１０５のコン
トラストがついている。また１次電子の加速エネルギー
が少ないため電子の試料へのもぐり込みが小さく、端面
の極表層の情報が得られる。図４のInGaAsP１０２の内
部には小さな白と黒の点状の反応物１０６が一面に密集
している。
【００１４】上記反応物１０６の組成を調べるために分
析を行った。図４のInGaAsP１０２の領域に対して行っ
た微小領域エネルギー分散Ｘ線分光法による分析結果を
図５に示す。図５には加速電圧（Ｖacc）が３ｋＶのス
ペクトル１１１と１５ｋＶのスペクトル１１２のふたつ
のスペクトルがあるが、３ｋＶのスペクトル１１１は、
１次電子の加速エネルギーが少ないため電子の試料への
もぐり込みが小さく、端面の極表層の情報が得られ、１
５ｋＶのスペクトル１１２には１次電子の加速エネルギ
ーが多いため、電子の試料へのもぐり込みが大きく、端
面の内部深くまでの情報が平均して得られる。上記３ｋ
Ｖのスペクトル１１１には酸素のピークが見られPのピ
ークは小さい。これに対し、１５ｋＶのスペクトル１１
２には酸素のピークが見られずPのピークも大きい。こ
れは上記InGaAsP１０２の表面に酸化物が存在すること
を示している。
析を行った。図４のInGaAsP１０２の領域に対して行っ
た微小領域エネルギー分散Ｘ線分光法による分析結果を
図５に示す。図５には加速電圧（Ｖacc）が３ｋＶのス
ペクトル１１１と１５ｋＶのスペクトル１１２のふたつ
のスペクトルがあるが、３ｋＶのスペクトル１１１は、
１次電子の加速エネルギーが少ないため電子の試料への
もぐり込みが小さく、端面の極表層の情報が得られ、１
５ｋＶのスペクトル１１２には１次電子の加速エネルギ
ーが多いため、電子の試料へのもぐり込みが大きく、端
面の内部深くまでの情報が平均して得られる。上記３ｋ
Ｖのスペクトル１１１には酸素のピークが見られPのピ
ークは小さい。これに対し、１５ｋＶのスペクトル１１
２には酸素のピークが見られずPのピークも大きい。こ
れは上記InGaAsP１０２の表面に酸化物が存在すること
を示している。
【００１５】従来、特許公報（特公平４ー６１１４ 公
報）に書かれているように窒素雰囲気ガス中での劣化で
は酸化が主要原因であるとは考えにくいとされていた
が、上記反応物１０６はＬＤチップを製造した直後は観
察できないため、端面の酸化が不良の要因のひとつであ
ると考えられる。
報）に書かれているように窒素雰囲気ガス中での劣化で
は酸化が主要原因であるとは考えにくいとされていた
が、上記反応物１０６はＬＤチップを製造した直後は観
察できないため、端面の酸化が不良の要因のひとつであ
ると考えられる。
【００１６】なお、このような活性層端面の酸化物はサ
ージなどで破壊されたＬＤでも観察できる。
ージなどで破壊されたＬＤでも観察できる。
【００１７】以上述べたように、窒素雰囲気ガス中で酸
化の影響が少ないInP系結晶の半導体発光素子であって
も、端面酸化による劣化が防ぎ得ず、酸化の影響が大き
いGaAs系結晶ではさらに劣化が進むと推定され、上記半
導体発光装置の信頼性が損なわれるという問題があっ
た。
化の影響が少ないInP系結晶の半導体発光素子であって
も、端面酸化による劣化が防ぎ得ず、酸化の影響が大き
いGaAs系結晶ではさらに劣化が進むと推定され、上記半
導体発光装置の信頼性が損なわれるという問題があっ
た。
【００１８】そこで本発明は、窒素雰囲気ガス中でも、
微量の酸素の混入によって起こる端面酸化による劣化を
防止することを目的とする。
微量の酸素の混入によって起こる端面酸化による劣化を
防止することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに本発明は、手段として気密封止されたパッケージ内
に半導体発光素子をマウントしてなる半導体発光装置に
おいて、上記パッケージ内雰囲気ガスを還元性気体とす
ることである。
めに本発明は、手段として気密封止されたパッケージ内
に半導体発光素子をマウントしてなる半導体発光装置に
おいて、上記パッケージ内雰囲気ガスを還元性気体とす
ることである。
【００２０】
【作用】還元性気体雰囲気ガスの中では微量の酸素が混
入してもすぐに上記還元性ガスと反応してしまうため、
上記微量の酸素の混入による半導体発光素子の酸化は起
こらない。
入してもすぐに上記還元性ガスと反応してしまうため、
上記微量の酸素の混入による半導体発光素子の酸化は起
こらない。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の半導体発光装置の実施例につ
いて詳細に述べる。
いて詳細に述べる。
【００２２】本発明の実施例による半導体発光装置は、
図１において、まず第１に雰囲気ガス５を、一酸化炭素
と二酸化炭素の混合ガスとしたものをを例にとり説明す
る。上記混合ガスに酸素が混入した場合、上記酸素は化
学式１の反応によって二酸化 ＣＯ＋1/2Ｏ2→ＣＯ2 化学式１ 炭素に変わり、雰囲気ガス５の酸素分圧は無視できる値
となる。したがって高温・高動作電流の条件下でも上記
微量の酸素の混入によるＬＤチップの酸化による劣化を
防ぐことができる。
図１において、まず第１に雰囲気ガス５を、一酸化炭素
と二酸化炭素の混合ガスとしたものをを例にとり説明す
る。上記混合ガスに酸素が混入した場合、上記酸素は化
学式１の反応によって二酸化 ＣＯ＋1/2Ｏ2→ＣＯ2 化学式１ 炭素に変わり、雰囲気ガス５の酸素分圧は無視できる値
となる。したがって高温・高動作電流の条件下でも上記
微量の酸素の混入によるＬＤチップの酸化による劣化を
防ぐことができる。
【００２３】混合ガスに混入した酸素は、意識的に混入
したものではなく、一酸化炭素及び二酸化炭素といった
成分ガスの製造時や半導体発光装置の組立時に、できる
だけ無酸素状態にしようとしても混入してしまった酸素
なので、極めて微量であると考えられる。そのため一酸
化炭素の混合比率は数％あれば充分であり、レーザの使
用温度では二酸化炭素が多量に存在しても右辺から左辺
への反応はほとんど起こらない。したがって、一酸化炭
素は毒性が強いが使用量は少量でよい。
したものではなく、一酸化炭素及び二酸化炭素といった
成分ガスの製造時や半導体発光装置の組立時に、できる
だけ無酸素状態にしようとしても混入してしまった酸素
なので、極めて微量であると考えられる。そのため一酸
化炭素の混合比率は数％あれば充分であり、レーザの使
用温度では二酸化炭素が多量に存在しても右辺から左辺
への反応はほとんど起こらない。したがって、一酸化炭
素は毒性が強いが使用量は少量でよい。
【００２４】次に第２の実施例として、上記雰囲気ガス
５を水素と二酸化炭素の混合ガスとしたものを例にとっ
て説明する。
５を水素と二酸化炭素の混合ガスとしたものを例にとっ
て説明する。
【００２５】上記混合ガスは、一部が化学式２の反応に
よって一酸化炭素と水ができている。
よって一酸化炭素と水ができている。
【００２６】ＣＯ2＋Ｈ2→ＣＯ＋Ｈ2Ｏ 化学式２ 上記一酸化炭素が第１の実施例と同様に混入した酸素を
二酸化炭素に変え、上記微量の酸素の混入によるＬＤチ
ップの酸化による劣化を防ぐことができる。この時消費
された一酸化炭素は化学式２の反応により供給され、混
合ガスの還元性を保つ。レーザの使用温度では、上記混
合ガスが化学式２の反応によって変化する量は、ごく僅
かなため二酸化炭素も水素も多量にある必要があり、混
合比は１：１が望ましい。
二酸化炭素に変え、上記微量の酸素の混入によるＬＤチ
ップの酸化による劣化を防ぐことができる。この時消費
された一酸化炭素は化学式２の反応により供給され、混
合ガスの還元性を保つ。レーザの使用温度では、上記混
合ガスが化学式２の反応によって変化する量は、ごく僅
かなため二酸化炭素も水素も多量にある必要があり、混
合比は１：１が望ましい。
【００２７】本実施例においては、化学式２の反応によ
り水ができるので混入した酸素の量によっては露点が高
くなり、低温でＬＤを動作させると端面に水滴が付着
し、ＬＤが異常動作したり劣化したりすることがあると
いう欠点があるが、第１の実施例のように毒性の強い一
酸化炭素を使わないでよいという利点を有する。
り水ができるので混入した酸素の量によっては露点が高
くなり、低温でＬＤを動作させると端面に水滴が付着
し、ＬＤが異常動作したり劣化したりすることがあると
いう欠点があるが、第１の実施例のように毒性の強い一
酸化炭素を使わないでよいという利点を有する。
【００２８】なお、その他の還元性ガスでも、混入した
酸素を還元することができれば、以上述べた実施例と同
様の効果が得られる。また還元性を損なわなければ、窒
素のような不活性ガス等のその他のガスを雰囲気内ガス
に混合して良い。
酸素を還元することができれば、以上述べた実施例と同
様の効果が得られる。また還元性を損なわなければ、窒
素のような不活性ガス等のその他のガスを雰囲気内ガス
に混合して良い。
【００２９】以上に述べた実施例では、半導体発光素子
として活性層が酸化されにくいInGaAsP結晶からなるＬ
Ｄチップの場合のみでなく、その他のＬＤ、例えば活性
層がAlGaAs結晶からなるＬＤ、あるいは発光ダイオード
などの半導体発光素子であっても還元雰囲気ガス中に封
入されているので端面に酸化物が生成することはない。
として活性層が酸化されにくいInGaAsP結晶からなるＬ
Ｄチップの場合のみでなく、その他のＬＤ、例えば活性
層がAlGaAs結晶からなるＬＤ、あるいは発光ダイオード
などの半導体発光素子であっても還元雰囲気ガス中に封
入されているので端面に酸化物が生成することはない。
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、気密封止
されたパッケージ内に半導体発光素をマウントしてなる
半導体発光装置において、パッケージ内雰囲気ガスを還
元性気体としたので、従来の窒素雰囲気ガス中でおこる
半導体発光素子の酸化による劣化を改善でき、また半導
体発光素子の電極や半田づけ部など金属部分の酸化防止
の効果も考えられるので、信頼性を大きく向上できる効
果がある。
されたパッケージ内に半導体発光素をマウントしてなる
半導体発光装置において、パッケージ内雰囲気ガスを還
元性気体としたので、従来の窒素雰囲気ガス中でおこる
半導体発光素子の酸化による劣化を改善でき、また半導
体発光素子の電極や半田づけ部など金属部分の酸化防止
の効果も考えられるので、信頼性を大きく向上できる効
果がある。
【図１】従来及び本発明の一実施例による気密封止パッ
ケージの断面図
ケージの断面図
【図２】ＬＤチップキャリアの見取り図
【図３】２次試験の結果であるしきい値の時間変化を示
す図
す図
【図４】InGaAsP/InP ＢＨＬＤの端面ＳＥＭ写真の模
式図
式図
【図５】微小領域エネルギー分散Ｘ線分光法による分析
結果を示す図
結果を示す図
１ ＬＤチップ ２ ヒートシンク ３ ステム ４ 半田づけ部 ５ 雰囲気ガス ６ ＬＤ出射光 ７ ガラス窓 ８ キャップ １０ ＬＤチップキャリア １１ Ｌ型チップキャリア １２ SiCサブマウント １３ Au/Sn半田 １４ ＬＤチップ １５ セラミックス １６ 電極 １７ 金線 ５１ 急激に劣化した不良品のグループ ５２ 徐々に劣化した不良品のグループ ５３ 良品のグループ １０１ InP基板 １０２ InGaAsP １０３ InGaAsP/InP ＢＨＬＤ １０４ n-InP １０５ p-InP １１１ 加速電圧が３ｋＶのスペクトル １１２ １５ｋＶのスペクトル
Claims (4)
- 【請求項１】気密封止されたパッケージ内に半導体発光
素子をマウントしてなる半導体発光装置において、上記
パッケージ内雰囲気ガスを還元性気体としたことを特徴
とする半導体発光装置。 - 【請求項２】パッケージ内雰囲気ガスは一酸化炭素と二
酸化炭素の混合ガスである請求項１記載の半導体発光装
置。 - 【請求項３】パッケージ内雰囲気ガスは水素と二酸化炭
素の混合ガスである請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】パッケージ内雰囲気ガスは一酸化炭素ある
いは水素のいずれかまたは両方と、二酸化炭素あるいは
窒素のいずれかまたは両方との混合ガスである請求項１
記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22687892A JPH0677602A (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22687892A JPH0677602A (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0677602A true JPH0677602A (ja) | 1994-03-18 |
Family
ID=16851994
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22687892A Pending JPH0677602A (ja) | 1992-08-26 | 1992-08-26 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0677602A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1480301A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-11-24 | Agilent Technologies | A hermetic casing, for optical and optoelectronic sub-assemblies |
| JP2013197410A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Casio Comput Co Ltd | 発光素子、光源装置及び投影装置 |
-
1992
- 1992-08-26 JP JP22687892A patent/JPH0677602A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1480301A1 (en) * | 2003-05-23 | 2004-11-24 | Agilent Technologies | A hermetic casing, for optical and optoelectronic sub-assemblies |
| JP2013197410A (ja) * | 2012-03-21 | 2013-09-30 | Casio Comput Co Ltd | 発光素子、光源装置及び投影装置 |
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