JPH0750813B2 - 半導体レーザ素子用サブマウント - Google Patents

半導体レーザ素子用サブマウント

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JPH0750813B2
JPH0750813B2 JP63126623A JP12662388A JPH0750813B2 JP H0750813 B2 JPH0750813 B2 JP H0750813B2 JP 63126623 A JP63126623 A JP 63126623A JP 12662388 A JP12662388 A JP 12662388A JP H0750813 B2 JPH0750813 B2 JP H0750813B2
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光男 石井
精一 永井
和義 長谷川
利夫 田中
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、半導体レーザ素子用サブマウントに関し、
特に信頼性の高い半導体レーザ素子を作製できる半導体
レーザ素子用サブマウントにかんするものである。
〔従来の技術〕
第2図は従来の半導体レーザチップをマウントするSiサ
ブマウントの構造を示す断面図であり、図において、1
はSiの単結晶基体、2は該Siの基体の両面にオーミック
特性のとれるバリア層であり、該バリア層2は内側から
順に蒸着法にて形成された第1層Ti層21,第2層Ni層22,
第3層Ag層23から成る。また4はバリア層2上に蒸着法
により形成されたPb,Snの半田層(または合金層)であ
る。
次に半導体レーザ素子用サブマウントの機能について説
明する。
一般に半導体レーザ素子は連続発振すると発熱を生じる
ため、上記レーザを放熱用ブロックに固着し、上記熱の
放散を良好にしている。放熱用ブロックの材料としては
熱伝導率の高いAgブロックやCuブロック等が広く使用さ
れている。しかし、GaAlAs等の半導体レーザ素子とこの
AgブロックやCuブロック等とは熱膨脹係数が大きく異な
るため、上記半導体レーザ素子と上記放熱用ブロックと
の間にSiの単結晶をその基体とするサブマウントを挿入
し、熱応力緩和材として使用している。
第2図に示す半導体レーザ素子用サブマウントの作製方
法を説明する。
まずSiウエハの基体1の両側に、順次第1層Ti層21,第
2層Ni層22,第3層Ag層23を蒸着法により形成する。こ
の第1層Ti層21はSi基体1との強固な接着性を有し、オ
ーミック特性の得られるもの、第2層Ni層22はPb,Sn半
田層4と上記第1層Ti層21との合金化反応を抑制するも
の、さらに第3層Ag層23は上記第2層Ni層22の酸化を防
止し、併せてPb,Sn半田の良好な塗性を保つことのでき
るものとして順次積層される。これらの金属の形成につ
いては、スパッタリング法でも良い。次に、上記第3層
Ag層23上に、蒸着法によりPb及びSnをそれぞれ、あるい
はPbとSnの合金を飛ばし、半田層4を形成する。
半導体レーザ素子を上記 Siサブマウントを介して放熱
ブロックにマウントする場合、熱抵抗を下げる方法とし
て、半導体レーザ素子の発光点をサブマウントに近付け
て組み立てるジャンクションダウン(以下、J/Downと記
す)組立法があり、高出力用レーザあるいは低熱特性が
要求されるプリンタ用レーザ等においてはこのJ/Down組
立法が主流となりつつある。
この場合、半田材としてAu系の半田を使用すると、接着
性上強固に接着する反面、融点が高く、材料強度的に固
いために、半導体レーザチップに半田融着後熱応力歪が
加わり、長期信頼性上問題がある。従って、現在、J/Do
wn組立法としての半田材は、融点が低く、材料強度的に
もソフトなPbSn系半田が主として用いられている。上記
PbSn半田はソフト半田であるため、これにより半導体レ
ーザチップを接合した場合、半導体レーザ(通称,LD)
の寿命特性は良好である反面、以下の問題があった。
半導体レーザは一対の共振器面を形成しており、共振器
前面,裏面よりレーザ光が放射される。前面より放射さ
れるレーザ光出力と裏面より放射されるレーザ光出力と
は比例関係にある。一般に前面から出るレーザ光出力を
一定に駆動する(APC駆動)ために、裏面から放射され
るレーザ光を受光するモニタフォトダイオードを図示し
ていないがパッケージに内蔵し、モニタしている。上述
のJ/Down組立の場合、モニタフォトダイオードに入射す
るレーザ光としては、レーザの共振器裏面から放射され
たレーザ光の直接光と、サブマウントの最表面のPbSn系
半田表面からの反射光がある。PbSn系半田の場合には、
第3図(a)に示すように、ヒートサイクル特性におい
て、その表面の反射率が変化し、モニタフォトダイオー
ドに入射する光の量が変化するため、APC駆動ができ
ず、半導体レーザ素子に過電流が印加され、半導体レー
ザ素子を劣化させてしまう。又、PbSn系半田は熱疲労を
受けやすく、ヒートサイクル100サイクル程度で接着強
度不足によるチップはずれを引き起こしていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の半導体レーザ素子用サブマウントは以上のように
構成されているので、半田の表面状態が変化し易く、こ
れによりモニタフォトダイオードへの入射光量が変化
し、モニタ電流が変動するため、APC駆動ができないと
いう問題点があり、またPbSn半田は熱疲労を受け易く、
ヒートサイクルによるチップはずれが発生する等の問題
点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、モニタ電流の変動が少なく、熱疲労による接
着強度不良がなく、長期エージング特性が良好な信頼性
の高い半導体レーザ素子を作製できる半導体レーザ素子
用サブマウントを得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る半導体レーザ素子用サブマウントは、最
表面層がAuまたはAgであるバリア層上にSn,Ag,Sbの3元
よりなる合金半田層を形成したものである。
〔作用〕
この発明における半導体レーザ素子用サブマウントは、
最表面の半田剤としてSn,Ag,Sbの3元よりなる合金半田
層を形成した構成としたから、十分な接着性を保持しつ
つ、ヒートサイクル特性による熱疲労を受けにくいた
め、接着強度不良がなくなると共に、半田表面状態が変
化しにくいため、モニタ電流特性変動が少なくなり、高
信頼度をLDを作製できる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第1図は本発明の一実施例による半導体レーザ素子用サ
ブマウントを示す断面図であり、図において、1はSiの
導電性の基体であり、2はSi基体1の両面に蒸着法によ
り順次形成された第1層Ti層21,第2層Ni層22,第3層Ag
層23より成るバリア層である。3はバリア層上に蒸着法
により形成されたSn,Ag,Sbの3元よりなる合金半田層で
ある。
次に作用,効果について説明する。
本実施例では、半田層をSn,Ag,Sbの3元よりなる合金で
形成している。表1は半田材の機械特性を示す表であ
る。この表に示されるように、Sn,Ag,Sb3元合金半田は
3.5HvとPbSn系半田よりさらに柔らかいソフト半田であ
る。また、Sn,Ag,Sb3元合金半田は熱疲労を受けにく
く、又半田の表面状態が変化しにくい特性を有してい
る。
以上の特性より、本実施例による半導体レーザ素子用サ
ブマウントに半導体レーザチップをJ/Down組立した素子
においては、第3図(b)に示すようにヒートサイクル でチップはずれがなく、ヒートサイクル でモニタ電流Imの特性変動が少なく、長期エージングも
PbSn系半田と同レベルの良好な結果が得られており、評
価はさらに継続中である。
このように、本実施例では半導体レーザ素子用サブマウ
ントの半田層としてPbSn系半田よりさらに柔らかいソフ
ト半田でありながら熱疲労を受けにくく、表面状態が変
化しにくいSn,Ag,Sbの3元合金半田を用いた構成としな
がら、長期エージングが良好であると共に、チップはず
れがなく、モニタ電流の特性変動が少ない信頼性の高い
半導体レーザ素子を作製することができる。
なお、上記実施例ではSi基体の両面全面に半田を形成し
たものを示したが、半田層は部分的に形成するようにし
てもよい。
また、上記実施例ではSiの導電性基体を用いたものを示
したが、これは電気絶縁性基体であってもよい。
例えば1つのサブマウント上に複数のレーザチップをマ
ウントする場合に、電気絶縁性基体上に部分的に半田層
を形成し、それぞれの半田層上にレーザチップをマウン
トすることで各々のレーザを独立に駆動するものを容易
に構成することができる。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば半導体レーザ素子用サ
ブマウントにおいて、その半田層をPbSn系半田よりさら
に柔らかいソフト半田でありながら熱疲労を受けにく
く、表面状態が変化しにくいSn,Ag,Sbの3元合金半田で
形成したから、該サブマウントを用い長期エージングが
良好であると共に、チップはずれがなく、モニタ電流の
特性変動が少ない信頼性の高い半導体レーザ素子を作製
することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による半導体レーザ素子用
サブマウントの構成を示す断面図、第2図は従来の半導
体レーザ素子用サブマウントの構成を示す断面図、第3
図(a)は従来の半導体レーザ素子用サブマウントを用
いて構成した半導体レーザ素子のモニタ電流のヒートサ
イクル特性を示す図、第3図(b)は本発明の一実施例
による半導体レーザ素子用サブマウントを用いて構成し
た半導体レーザ素子のモニタ電流のヒートサイクル特性
を示す図である。 1はSi導電性基体、2はバリア層、21は第1層Ti層、22
は第2層Ni層、23は第3層Ag層、3はSn,Ag,Sbの3元よ
りなる合金半田層。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。
フロントページの続き (72)発明者 田中 利夫 兵庫県伊丹市瑞原4丁目1番地 三菱電機 株式会社北伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 昭52−128931(JP,A) 特開 昭58−51584(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】導電性または電気絶縁性の基体と、 該基体の上,下両面にそれぞれ形成された最表面層がAu
    層またはAg層より成る上,下バリア層と、 該下側バリア層上の全面及び上側バリア層上に全面また
    は部分的に形成されたSn,Ag,Sbの3元より成る合金半田
    層とを備えたことを特徴とする半導体レーザ素子用サブ
    マウント。
JP63126623A 1988-05-23 1988-05-23 半導体レーザ素子用サブマウント Expired - Lifetime JPH0750813B2 (ja)

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