JPH07273401A - 積層型半導体装置の製造方法 - Google Patents

積層型半導体装置の製造方法

Info

Publication number
JPH07273401A
JPH07273401A JP6063212A JP6321294A JPH07273401A JP H07273401 A JPH07273401 A JP H07273401A JP 6063212 A JP6063212 A JP 6063212A JP 6321294 A JP6321294 A JP 6321294A JP H07273401 A JPH07273401 A JP H07273401A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder layer
heat sink
solder
semiconductor laser
stacked
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP6063212A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3269251B2 (ja
Inventor
Yuji Kimura
裕治 木村
Katsunori Abe
克則 安部
Kinya Atsumi
欣也 渥美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NipponDenso Co Ltd filed Critical NipponDenso Co Ltd
Priority to JP06321294A priority Critical patent/JP3269251B2/ja
Publication of JPH07273401A publication Critical patent/JPH07273401A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3269251B2 publication Critical patent/JP3269251B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32135Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/32145Disposition the layer connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48225Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/48227Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/013Alloys
    • H01L2924/0132Binary Alloys
    • H01L2924/01322Eutectic Alloys, i.e. obtained by a liquid transforming into two solid phases
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/10251Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253Silicon [Si]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/14Integrated circuits

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、例えば半導体レーザを構成するた
めに複数の半導体レーザチップを積層する場合、その積
層構造が位置ずれ等を生ずることなく作製できるように
した積層型半導体装置の製造方法を提供することを目的
とする。 【構成】ヒートシンク11の表面に金属層15を形成したヒ
ートシンク11上に、上下に電極13、14を形成した半導体
レーザチップ121 、122 、…を、それぞれ間にはんだ層
161 、162 、…を介して積層する。そして、ヒートシン
ク11の裏面に設定したヒータ18で全体を加熱する。この
場合、例えばはんだ層161 、162 、…において、ヒータ
18からの距離が遠く設定されるはんだ層程、その融点が
高くされるように設定され、加熱に溶解された最上層の
はんだ層161 から順次凝固されるようにして、上層から
2つの層の半導体レーザチップ121 と122 が接合固定さ
れ、以後積層順次に接合固定されるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば半導体レー
ザ、ハイブリッドIC等を製造する方法に係るものであ
り、半導体レーザチップを複数個積層して構成されるよ
うな装置において、各半導体レーザチップ間の接合手段
を改良した積層型半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザにおいて、その動作時に半
導体レーザ素子に発熱による素子劣化を防止するため、
一体的に接合された放熱用のヒートシンクを備えてい
る。半導体レーザ素子とヒートシンクとの接合は、素子
を直接的にヒートシンクに対して接合する方法と、シリ
コンやダイヤモンドやゲルマニウムからなる基板(サブ
マウント)に接合してからヒートシンクに接合するよう
にする方法がある。そして、サブマウントを使用する方
法にあっては、作業性の観点からまず半導体レーザチッ
プをサブマウントに対して接合し、その後このサブマウ
ントをヒートシンクに対して接合するようにしている。
【0003】また、通常は1つの半導体レーザ素子によ
って充分な光出力が得られるものであるが、例えば最近
使用されるようになってきている自動車用のレーザレー
ダのような測長用の大出力レーダを構成する場合、例え
ば特開平5−51561号公報に示されるように、2つ
以上の半導体レーザ素子を積層することが考えられてい
る。
【0004】一般的に半導体素子の積層体を構成する場
合やサブマウントを使用する場合には、半導体素子の1
層毎に接合を行うようにしていた。しかし、これでは多
層の半導体装置を製造しようとする場合、接合工程が増
加するのみならず、半導体レーザ装置を構成するに際し
て半導体レーザ素子相互間の位置精度を確実に出すこと
が困難となる問題点を有する。さらに、多層の半導体レ
ーザ素子相互間を接合するはんだ層を、同じ温度で凝固
するはんだ材料によって構成すると、このはんだ層の凝
固時の体積変化(凝固後体積が小さくなる)が発生し
て、複数の積層面において同時に発生する体積変化によ
って、半導体レーザ素子相互間に位置ずれが生ずる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特に積層される半導体相互
間に介在されるはんだ層において、その凝固時に生ずる
体積変化に伴う半導体素子相互間の位置ずれを確実に抑
制することができて、例えば複数の半導体レーザチップ
を積層して半導体レーザを構成するような場合におい
て、高精度に相互位置関係が設定された状態で容易にヒ
ートシンクに対して実装することができるようにした積
層型半導体装置の製造方法を提供しようとするものであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明に係る積層型半
導体装置の製造方法は、重ね合わせて一体化すべき複数
の半導体素子を、それぞれその接合面相互間にはんだ層
を介して積層してその積層状態を保持させ、これを全体
的に加熱して前記半導体素子間に介在される前記はんだ
層を溶融し、さらにこの溶融されたはんだ層部を凝固さ
せるようにするもので、前記積層体の一方に対応する部
分の前記はんだ層が、他方に対応する部分のはんだ層に
比較して速やかに凝固されるように凝固時間に傾斜を持
たせるようにしている。例えば、前記積層体の一方に対
応する部分のはんだ層の融点が、前記他方に対応する部
分のはんだ層の融点に比較して高く設定されるようにす
るか、あるいは前記半導体素子の積層体の積層方向の一
方の設定された加熱手段によって積層体を加熱する。
【0007】また、熱伝導性の良好な材料で構成された
ヒートシンク上に、相互間にはんだ層を介して複数の半
導体レーザチップを積層し、この積層体を前記ヒートシ
ンクの方向に加圧して固定保持すると共に、はんだ層が
溶融させるように加熱するもので、ヒートシンクの裏面
側に加熱用ヒータが設定されるようにする。そして、前
記加圧された状態で前記溶融されたはんだ層を凝固させ
る。
【0008】
【作用】この様な積層型半導体装置の製造方法にあって
は、半導体素子がはんだ層を介して積層された状態で、
そのはんだ層が溶融されるように全体的に加熱される。
そして、このはんだ層が溶融された状態で冷却されては
んだ層が凝固するものであるが、この積層体の一方であ
る、例えばヒートシンクから最も遠い部分のはんだ層か
ら順次凝固される。具体的には、積層体の最も上側のは
んだ層がまず最初に凝固され、このはんだ層の両側の半
導体素子の相互が接合される。この状態では、他の接合
部分のはんだ層はまだ溶融状態にあり、凝固した部分の
はんだ層の体積変化による変位分が効果的に吸収され
て、複数半導体素子間の相互位置関係は高精度に保たれ
る。そして、以後は順次積層体の一方から(ヒートシン
クの反対側から)はんだ層が凝固されるようになり、積
層された半導体素子の相互位置関係が保たれたまま、こ
の複数の半導体素子の相互間が接合される。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。この実施例はヒートシンクに対して複数の半
導体レーザチップを積層する半導体レーザを例にして示
すもので、図1で示すように銅あるいは鉄等の熱伝導性
の良好な材料によって構成したヒートシンク11の上に、
複数の半導体レーザチップ121 、122 、…を積層するこ
とによって、半導体レーザが構成される。
【0010】ここで、半導体レーザチップ121 、122 、
…は、それぞれGaAsやInPの半導体基板上にエピ
タキシャル成長を行い、結晶中に各動作領域が形成され
るようにして構成される。一般的には、この半導体基板
はn型に構成され、その材料系としてはGaAs−Al
GaAs系、InGaAsP−InP系、InGaP−
InGaA;P系等がある。またエピタキシャル成長方
法としては、液層エピタキシャル、分子線エピタキシ、
有機金属気相エピタキシ等がある。
【0011】この様に半導体基板上に所定のエピタキシ
ャル成長相を形成した半導体レーザ構造体に対して、オ
ーミックコンタクト電極を形成するもので、まずP型電
極を電子ビーム蒸着やスパッタ法によって所定の厚さに
成膜し、エッチングによって所定のパターンに加工する
もので、その後合金化の必要な材料についてはアニール
処理を行う。ここで、P型電極として使用される材料と
しては、例えばAu−Zn/Au、Cr/Au、Mo/
Au、Ti/Pt/Au等があるが、オーミックコンタ
クトが得られれば、適宜の材料が選定できる。
【0012】次にチップ化の際のへき開を容易にするた
め、基板側を研磨してウェーハ厚を100μm程度にす
る。この厚さはキャビティ長(共振器長)の約1/3以
下でよく、キャビティ長は300μm〜1mm程度であ
るが、薄い方が放熱性が良好であるので加工性からも5
0〜200μmが望ましい。ただし、へき開面を使用せ
ずにドライエッチングによって反射面を作成する場合は
この限りでない。
【0013】n型電極は電子ビーム蒸着やスパッタ法等
によって所定の厚さで成膜されるもので、その材料とし
てはAu−Ge/Ni/Au、Au−Sn/Au等があ
り、成膜後はアローイングを行ってn型電極とする。
【0014】この様にして上部電極13および下部電極14
が両面に形成された例えば3個の半導体レーザチップ12
1 〜123 が、図1で示すようにヒートシンク11の表面に
形成された熱伝導性の良好な金属メッキによる金属層15
の上に積層されるもので、この様に積層された半導体レ
ーザチップ121 〜123 のそれぞれの相互間、および再下
層の半導体レーザチップ123 とヒートシンク11の金属層
15との間に、それぞれはんだ層A〜C161 〜163 が介在
される。このレーザチップ121 〜123 を乗せる前に、サ
ブマウントとして表面に導電材料とはんだ層を設けたS
i、Ge、ダイヤモンド等を乗せるようにしてもよい。
【0015】このはんだ層161 〜163 は気相成長による
薄膜によって構成する場合は、電子ビーム蒸着や抵抗加
熱蒸着等の蒸着手段、あるいはスパッタ法等によって形
成できる。その材料としては、Au−Sn、Au−S
i、In、In−Pb、Pb−Sn、Au−Pb、Au
−Ge等が用いられる。そして、積層部の各接着面の全
てのはんだ層161 〜163 の材料を同じ合金系によって構
成してもよいが、異なる材料系によって構成するように
してもよい。
【0016】ここで、はんだ層161 〜163 がシート状の
ペレットで構成した場合には薄膜化に限界があり、最下
層の半導体レーザチップ123 をヒートシンク11に対して
接着する際にはよいが、積層体相互間の接着に際して
は、溶融はんだの端面へのしみだし付着が起こる可能性
がある。したがって、チップ相互間のはんだ層161 およ
び162 としては、ペレット状のはんだよりも真空蒸着等
によって形成した薄膜はんだが望ましい。
【0017】この様にして電極13および14と共に所定の
はんだ層が形成されたならば、所定のサイズのチップ化
を行う。このときレーザ光の出力面は鏡面でないとレー
ザ発振が起こらないものであるため、へき開面とするか
あるいはドライエッチングによって発光端面を作製す
る。発光端面には、この端面の保護と光出力効率を向上
させるために低反射膜を形成し、他の端面に高反射膜を
形成する。その反射率は低反射膜で2〜25%程度、高
反射膜で80〜100%程度が望ましい。これらの射膜
は、単層膜あるいは多層膜のいずれでもよいが、低反射
膜はAl2 3 、SiO2 、SiNx 、SiC、C、M
g O等の単層膜で構成できるものであり、高反射膜はA
2 3 、SiO2 、SiNx 、C、MgO等とa−S
i、Cr23 、TiO2 等の屈折率差のある多層膜で
構成することが望ましい。
【0018】この様にして作製された半導体レーザチッ
プ121 〜123 が、図1で示すようにヒートシンク11、他
の半導体基板や回路基板等に接合して実装(ダイボン
ド)するもので、その実装方法について以下に説明す
る。
【0019】複数個、例えば3個の半導体レーザチップ
121 〜123 を、それぞれ位置合わせしてヒートシンク11
の金属層15の上に積み上げる。このとき、この積み上げ
られる半導体レーザチップ121 〜123 の搬送は、位置精
度の出し易い例えば真空ピンセット17を用いて行うもの
で、この真空ピンセット17は上方から加圧部材としても
作用させられ、積み重ねられた半導体レーザチップ121
〜123 が、位置合わせして積層された状態が保持される
ようにしている。
【0020】この様にヒートシンク11上に半導体レーザ
チップ121 〜123 を積層して保持された状態で加熱し、
はんだ層161 〜163 が溶解されてその相互間が接着され
るようにする。そして、はんだ層161 〜163 が溶ける温
度となってから数秒ないし数分間その状態で放置し、そ
の後溶解されたはんだ層161 〜163 が凝固されるように
冷却する。
【0021】このはんだ層161 〜163 を溶解させるため
の加熱手段としては、ヒートシンク11および積層された
半導体レーザチップ121 〜123 の全体が位置ずれが生じ
ないように固定してから、例えば恒温槽等によって加熱
するようにしてもよいが、ヒートシンク11の裏面部に設
定されるヒータ18で加熱するようにしてもよい。
【0022】ここで、半導体レーザチップ121 〜123 お
よびヒートシンク11それぞれの間のはんだ層(A〜C)
161 〜163 のそれぞれ融点は“A≧B≧C”の順に設定
されるもので、真空ピンセット17によって加圧された状
態で加熱される。そして、はんだ層161 〜163 が溶解さ
れさらに凝固されて積層面それぞれが接着されたなら
ば、この半導体レーザのコンタクトを取るために、最上
層の半導体レーザチップ121 の上部電極13と駆動回路配
線(図示せず)とを、Au、Pt等のワイヤでボンディ
ングする。その後、必要に応じて缶封入を行い完成品と
される。
【0023】すなわち、この様な製造方法にあっては半
導体レーザチップ121 〜123 をヒートシンク11の上に複
数層に重ねて実装するに際して、この複数のチップの接
合面を同時に加熱し、さらに各接合面それぞれに設定さ
れたはんだ層161 〜163 の融点を等しく設定する。ある
いは、はんだ層61〜163 のそれぞれの融点を、加熱部で
あるヒートシンク11の裏面部から遠くに設定されるはん
だ層161 の融点を近い位置のはんだ層162 さらに163 よ
りも高く設定する。そして、1度の加熱工程によって複
数の半導体レーザチップ121 〜123 が相互に接合される
ようにする。1度の加熱工程によって積層体の全ての接
合面における接着工程が行われるものであるため、積層
したときのレーザ発光面の位置精度を確実に高くするこ
とができると共に、工程が簡略化されて製造コストの低
減化を図れる。
【0024】この様な1度の加熱工程によって積層体の
接合が行われるようにするために、はんだ層161 〜163
の融点がヒートシンク11から遠いほど高くされるように
している。したがって、加熱処理の終了後における冷却
時において、融点の高い最上層部のはんだ層161 が最初
の凝固する。すなわち、最初に最上層の半導体レーザチ
ップ121 とその次の半導体レーザチップ122 との接合面
がまず接合され、このときの他の接合面のはんだ層162
および163 は溶解された状態にある。この様な状態で
は、はんだ層が凝固して固体となりその体積が減少する
ようになるのは、最上層のはんだ層161 の界面のみであ
り、この場合最上層の半導体レーザチップ121 が真空ピ
ンセット17によって固定されているので、上部の2つの
レーザチップ121 と122 とは位置ずれなく接合される。
【0025】この様にして最上層の半導体レーザチップ
121 と次の半導体レーザチップ122とが接合された後
に、その次の層のはんだ層162 が凝固される。すなわ
ち、複数の半導体レーザチップを積層した場合に、その
最上層の接合界面から順次時間を異ならせて、それらの
接合界面のはんだ層が凝固されるようになり、したがっ
て1度の加熱工程によって複数の半導体レーザチップの
積層体が、位置ずれを生ずることなく相互に接合され
る。
【0026】これまでの説明においては、はんだ層161
〜163 に傾斜をもって融点が設定されるようにしたが、
各はんだ層161 〜1634の融点が等しく設定されたとして
も、ヒータ18がヒートシンク11の裏面部に設定されてい
るため、加熱工程においてヒートシンク11からの距離に
対応してはんだ層161 〜163 に温度勾配が生ずる。すな
わち、ヒーシシンク11に近いほど温度が高くなり、この
ためはんだ層の融点をヒートシンク11から遠いほど高く
するようにした場合と同じ効果が得られる。
【0027】はんだ層における融点を変えるためには、
その構成材料の組成を変化させればよい。真空蒸着等に
よって成膜された薄膜のはんだ層である場合には、その
膜厚を変えることによって微量な組成変更が可能であ
り、異なった融点のはんだ層を作製するために有利であ
る。
【0028】はんだ層の融点を変えるための手段につい
て説明する。例えば2つのチップを積層させる場合、同
じ材料系で構成する場合にチップ相互間の接着に共晶組
成を使用し、チップとヒートシンクとの接着にはこの共
晶組成から組成をずらせるようにする。
【0029】例えばはんだ層にAu−Sn合金を使用す
る場合、共晶組成Au(80w%)−Sn(20w%)
で、Au: 5000A(ここで、A:オングストロー
ム)でSn3300Aとし、非共晶組成Au(84w
%)−Sn(16w%)で、Au: 5000AでSn:
2800Aとすればよい。
【0030】図2はAu−Snの状態図を示すもので、
縦軸は温度で横軸は組成比を示しているもので、この図
は平衡状態における状態図におけるある点の組成並びに
温度での組織状態を示している。組織状態とは、液体で
あるかまた固体であるか、さらにその混合系であるか示
し、また結晶状態をも示すものであるが、ここでは融点
が重要であるので、融点以外は省略している。
【0031】この図2において斜線で示した領域が液層
で、この斜線領域を区画する曲線が横軸で示した組成比
における融点となる。この組成比は上部の横軸で重量%
を示し、下部横軸で原子%を示している。そして、Au
−Snの合金においては共晶点は2つ存在するが、図の
共晶点Aの点(Au80wt%−Sn20wt%)が通
常共晶点といわれる。
【0032】この図2に基づいて組成比の異なる合金の
融点について説明すると、共晶組成(Au80wt%−
Sn20wt%)では融点が約280℃であり、Snの
組成を減らした組成(Au:84wt%−Sn16wt
%)では融点が約390℃である。したがって、この2
つの組成比の異なる合金においては、融点の差ΔTm
は、約100℃となる。
【0033】また、異なる材料系を選択する場合におい
ては、共に共晶組成を選択するようにしてもよい。例え
ば、Au−SiとAu−Snの共晶組成を使用すれば、
その間の融点の差は100℃程度とされる。この様には
んだ層の組成や材料を変えることによって、このはんだ
層の融点のコントロールが容易とされる。また合金組成
によって蒸着を行わなくとも、各構成材料の単膜を積層
して構成すれば、加熱時に相互拡散によって合金として
溶解される。
【0034】次に具体的な実施例について説明する。
【0035】[実施例1]半導体レーザにはGaAs/
AlGaAs系半導体レーザを用いるもので、その素子
サイズは“600×700×150(μm)”とした。
そして、図3で示されるように2個の半導体レーザチッ
プ121 、122 を用意し、表面にAuをメッキしたヒート
シンク上11に積層して実装した。ここで、レーザチップ
121 、122の積層体を接合するはんだ層161 、162 とし
ては、Au−Snを用いるもので、チップ間を接合する
はんだ層にはAu(75wt%)−Sn(25wt%)
の合金を用いると共に、ヒートシンク11に接合するはん
だ層にはAu(80wt%)−Sn(20wt%)の共
晶組成を使用するようにした。このとき、上層のチップ
相互の接合面には“Sn:4000A、Au:4500
A”を成膜し、ヒートシンクとの接合面には“Sn:4
000A、Au:6000A”を成膜した。
【0036】この様にして2つの半導体レーザチップ12
1 、122 をヒートシンク11上に出射面が平行になり且つ
水平方向の位置が等しくされるように設定し、積層され
たチップ121 、122 に真空ピンセット等で75gの加重
が掛けられた状態でヒートシング11の裏面からヒータ18
によって全体を加熱してはんだ層161 、162 を溶解す
る。その後全体を冷却することによって各はんだ層161
、162 が凝固されるようにして、チップ積層体が一体
的に接合されるようにした。このとき、最大加熱温度は
380℃とし、この380℃における保持時間は20秒
とした。
【0037】[実施例2]図4にその実装状態を示すよ
うに、GaAs/AlGaAs系でレーザ素子が1つで
ある2つのシングルチップ124 、125 と、1つのチップ
に複数のレーザ素子がアレー構造となっている素子126
(この実施例では3つのレーザ素子がアレー構造となっ
ている)を、銅にAuメッキを施したヒートシンク11の
表面上に積層実装した。このときはんだ層161 〜163 に
はAu−Sn合金を使用し、最下層の接合面のはんだ層
163 にはAu(80w%)−Sn(20w%)の組成、
次の層のはんだ層162 にはAu(82w%)−Sn(1
8w%)の組成、さらに最上層のはんだ層161 にはAu
(84w%)−Sn(16w%)の組成とした。この様
にヒートシンク11上にチップ124 、125 と共に素子126
を積層した後80gの加重を掛けた状態でヒートシンク
11の裏面からヒータによって全体を加熱してはんだ層16
1 〜163 を溶解し、その後全体を冷却することによって
はんだ層161 〜163 を凝固して、この積層体を一体的に
接合した。
【0038】[実施例3]図5で示すようにGaAs/
AlGaAs系半導体レーザチップ12と、Siウエハ21
の上に光導波路22、光スイッチ23、駆動回路24、さらに
レーザ光導入用プリズムレンズ25を設けた光集積回路26
と、セラミック基板27との接合を行ったもので、このと
きの接合構造は下からセラミック基板27、Siウエハ2
1、半導体レーザチップ12の順に設定される。半導体レ
ーザチップ12とSiウエハ21との接合面のはんだ層164
にはAu−Si共晶はんだを用い、Siウエハ21とセラ
ミック基板27との接合面のはんだ層165 にはAu−Sn
はんだを用いた。ここで、セラミック基板27上にはAu
メッキ28処理を施し、これらをヒータの上に乗せてSi
ウエハを100gおよび半導体レーザチップ12にそれぞ
れ80gの加重で加圧した。そして、400℃の温度で
加熱してはんだ層の溶解を行うようにした。
【0039】[実施例4]半導体レーザにはGaAs/
AlGaAs系半導体レーザを用い、素子サイズは“6
00×500×120(μm)”とした。この様に構成
された2個のレーザチップを銅にAuメッキを施したヒ
ートシンクに積層実装するもので、このときのはんだ層
としてはAu−Snを用い、Sn:5000AでAu:
7500Aを成膜した。2つの半導体レーザチップをヒ
ートシンク上に出射面が平行になり且つ水平方向の位置
を等しくされるよう設置し、チップに100gの加重を
掛けた状態で、ヒートシンクの裏面からヒータにより全
体を加熱してはんだ層を溶解すると共に、その後冷却す
ることにより、溶解はんだを凝固させた。このとき、最
大加熱温度は360℃とし、360℃での保持時間は2
0秒とした。
【0040】この例では、複数のはんだ層の融点は等し
く設定されるものであるが、ヒートシンクの裏面からの
み加熱することにより、ヒータからの距離に応じて温度
傾斜が生じて、はんだ層の融点を異なるように設定して
場合と同等の効果が発揮できる。
【0041】
【発明の効果】以上のようにこの発明に係る積層型半導
体装置の製造方法によれば、特にはんだ層を介して半導
体素子を積層するに際して、この積層される半導体素子
の相互間のはんだ層が溶解された後にその凝固時に生ず
る体積変化に伴う半導体素子相互間の位置ずれが確実に
抑制される。例えば複数の半導体レーザチップを積層し
て半導体レーザを構成する場合、高精度に相互位置関係
が設定された状態で積層し、さらに容易にヒートシンク
に対して実装することができ、信頼性の高い半導体レー
ザが容易且つ確実に作製できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に一実施例に係る積層型半導体装置の
製造方法を説明するための半導体レーザの断面構造を示
す図。
【図2】接合に使用されるAu:Snのはんだ層の状態
図を示す図。
【図3】この発明の第2の実施例を説明するための断面
構成図。
【図4】この発明の第3の実施例を説明するための断面
構成図。
【図5】この発明の第4の実施例を説明するための図。
【符号の説明】
11…ヒートシンク、121 、122 、…半導体レーザチッ
プ、13…上部電極、14…下部電極、15…金属層、161 、
162 、…はんだ層、17…真空ピンセット、18…ヒータ。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重ね合わせて一体化すべき複数の半導体
    素子をそれぞれその接合面にはんだ層を介して積層して
    その積層状態を保持させる第1の工程と、 前記複数の半導体素子の積層体を全体的に加熱して、前
    記半導体素子間に介在される前記はんだ層を溶融する第
    2の工程と、 前記溶融されたはんだ層部を凝固させる第3の工程とを
    具備し、 前記積層体の一方に対応する部分の前記はんだ層が、他
    方に対応する部分のはんだ層に比較して速やかに凝固さ
    れるように凝固時間に傾斜を持たせたことを特徴とする
    積層型半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記積層体の一方に対応する部分のはん
    だ層の融点が、前記他方に対応する部分のはんだ層の融
    点に比較して高く設定されるようにした請求項1記載の
    積層型半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第2の工程では、前記半導体素子の
    積層体の積層方向の一方の設定された加熱手段によって
    加熱する手段を含み構成される請求項1記載の積層型半
    導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記積層される複数の半導体素子の相互
    間に介在されるはんだ層の融点を等しく設定するように
    した請求項3記載の積層型半導体装置の製造方法。
  5. 【請求項5】 熱伝導性の良好な材料で構成されたヒー
    トシンク上に、相互間にはんだ層を介して複数の半導体
    レーザチップを積層し、この積層体を前記ヒートシンク
    の方向に加圧して固定保持するチップ保持工程と、 前記半導体レーザチップ間のはんだ層を溶融させるよう
    に全体的に加熱する加熱工程と、 前記加圧された状態で前記溶融されたはんだ層を凝固さ
    せる冷却工程とを具備し、 この冷却工程では前記ヒートシンクから遠いはんだ層か
    ら順次時間を異ならせて凝固されるようにしたことを特
    徴とする積層型半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記加熱工程では、前記ヒートシンクの
    裏面に設定されたヒータによって前記積層体が全体的に
    加熱されるようにした請求項5記載の積層型半導体装置
    の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記ヒートシンクから遠い位置に設定さ
    れる前記はんだ層の融点が、前記ヒートシンクから近い
    位置に設定される前記はんだ層の融点に比較して高く設
    定されるようにした請求項5記載の積層型半導体装置の
    製造方法。
JP06321294A 1994-03-31 1994-03-31 積層型半導体装置の製造方法 Expired - Fee Related JP3269251B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06321294A JP3269251B2 (ja) 1994-03-31 1994-03-31 積層型半導体装置の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP06321294A JP3269251B2 (ja) 1994-03-31 1994-03-31 積層型半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH07273401A true JPH07273401A (ja) 1995-10-20
JP3269251B2 JP3269251B2 (ja) 2002-03-25

Family

ID=13222672

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP06321294A Expired - Fee Related JP3269251B2 (ja) 1994-03-31 1994-03-31 積層型半導体装置の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3269251B2 (ja)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10341040A (ja) * 1997-06-09 1998-12-22 Nec Corp 光半導体モジュール及びその製造方法
JP2006518102A (ja) * 2003-01-31 2006-08-03 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 薄膜半導体素子およびその製造方法
JP2007059760A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Victor Co Of Japan Ltd 素子の接合方法
JP2008016704A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Sony Corp 半導体レーザ装置の製造方法および製造装置
WO2008044769A1 (en) * 2006-10-13 2008-04-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor light emitting device, lighting system and process for producing semiconductor light emitting device
JP2009200531A (ja) * 2001-04-10 2009-09-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh 放射線を発する構成素子に用いられる導体フレームおよびハウジング、放射線を発する構成素子ならびに該構成素子を製造するための方法
JP2010183120A (ja) * 1998-05-06 2010-08-19 Xerox Corp フリップチップ接合で製作した多重波長レーザアレー
US8524573B2 (en) 2003-01-31 2013-09-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for separating a semiconductor layer from a substrate by irradiating with laser pulses
US8575003B2 (en) 2002-01-31 2013-11-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing a semiconductor component
CN115327713A (zh) * 2022-07-31 2022-11-11 山东华云光电技术有限公司 一种接收端带有温度补偿功能的工业级光模块
CN115327713B (zh) * 2022-07-31 2024-06-04 山东华云光电技术有限公司 一种接收端带有温度补偿功能的工业级光模块

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10341040A (ja) * 1997-06-09 1998-12-22 Nec Corp 光半導体モジュール及びその製造方法
JP2010183120A (ja) * 1998-05-06 2010-08-19 Xerox Corp フリップチップ接合で製作した多重波長レーザアレー
JP2009200531A (ja) * 2001-04-10 2009-09-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh 放射線を発する構成素子に用いられる導体フレームおよびハウジング、放射線を発する構成素子ならびに該構成素子を製造するための方法
US8575003B2 (en) 2002-01-31 2013-11-05 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing a semiconductor component
US8598014B2 (en) 2002-01-31 2013-12-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing a semiconductor element
US8524573B2 (en) 2003-01-31 2013-09-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for separating a semiconductor layer from a substrate by irradiating with laser pulses
JP2006518102A (ja) * 2003-01-31 2006-08-03 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 薄膜半導体素子およびその製造方法
JP2007059760A (ja) * 2005-08-26 2007-03-08 Victor Co Of Japan Ltd 素子の接合方法
JP2008016704A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Sony Corp 半導体レーザ装置の製造方法および製造装置
WO2008044769A1 (en) * 2006-10-13 2008-04-17 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor light emitting device, lighting system and process for producing semiconductor light emitting device
US7880177B2 (en) 2006-10-13 2011-02-01 Sanyo Electric Co., Ltd. Semiconductor light-emitting device, illuminator and method of manufacturing semiconductor light-emitting device
CN115327713A (zh) * 2022-07-31 2022-11-11 山东华云光电技术有限公司 一种接收端带有温度补偿功能的工业级光模块
CN115327713B (zh) * 2022-07-31 2024-06-04 山东华云光电技术有限公司 一种接收端带有温度补偿功能的工业级光模块

Also Published As

Publication number Publication date
JP3269251B2 (ja) 2002-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230124445A1 (en) Heterogeneous substrate bonding for photonic integration
JP3271475B2 (ja) 電気素子の接合材料および接合方法
KR100940164B1 (ko) 서브마운트 및 반도체 장치
US7724791B2 (en) Method of manufacturing laser diode packages and arrays
US6027957A (en) Controlled solder interdiffusion for high power semiconductor laser diode die bonding
JP5361381B2 (ja) 半導体構成素子を製作するための方法及び薄膜半導体構成素子
KR101522055B1 (ko) 박막 기술을 이용한 광전 소자의 제조 방법
KR20050061452A (ko) 서브 마운트 및 반도체 장치
US7079563B2 (en) Semiconductor laser device and method of manufacturing the same
KR20060129526A (ko) 서브 장착부가 없는 플립칩 발광 다이오드 장치
JP2001168444A (ja) 半導体発光素子、その製造方法および配設基板
JP2001168442A (ja) 半導体レーザ素子の製造方法、配設基板および支持基板
KR20010013085A (ko) 발광 소자의 제조 방법
US5521931A (en) Nonmonolithic arrays of accurately positioned diode lasers
JPH07273401A (ja) 積層型半導体装置の製造方法
JPH06283807A (ja) スタックレーザ
JP3912130B2 (ja) サブマウント
US5636235A (en) Semiconductor laser device including columns of semiconductor lasers with non-central light emitting regions
JP4755199B2 (ja) 多波長集積半導体レーザ装置の製造方法
JPS63132495A (ja) 光半導体素子用サブマウント
JPH09162488A (ja) 大出力用半導体レーザ素子
JP2019046868A (ja) 発光装置の製造方法
JPH06188516A (ja) 光半導体装置およびその製造方法
JPH11168075A (ja) 半導体装置の製造方法
CN102005700B (zh) 半导体激光装置

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120118

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130118

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140118

Year of fee payment: 12

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees