JPH11204704A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH11204704A
JPH11204704A JP547398A JP547398A JPH11204704A JP H11204704 A JPH11204704 A JP H11204704A JP 547398 A JP547398 A JP 547398A JP 547398 A JP547398 A JP 547398A JP H11204704 A JPH11204704 A JP H11204704A
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JP
Japan
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thermal expansion
chip
layer
laser
degree
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JP547398A
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Japanese (ja)
Inventor
Nozomi Yamaguchi
望 山口
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • 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
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device correcting distortion developed by the expansion/contraction of a chip along a main face when a temperature changes and distortion developed by the change of the degree of the curvature of the chip. SOLUTION: A first layer 1a and a second layer 1b, consisting of materials different in the coefficients of thermal expansion, are stacked to constitute a heat sink 1. The coefficients of the thermal expansion of the first layer 1a and the second layer 1b are set to be values approximated to the coefficient of the thermal expansion of the laser chip 2, and the coefficient of the thermal expansion of the first laver 1a is made to be larger than that of the second layer 1b. The laser chip 2 consisting of the substrate 2b and the laser chip 2 is mounted on the first layer 1a of the heat sink 1 by making a semiconductor layer 2b-side face downward.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は半導体装置に関
し、特に、チップが基台上にマウントされた半導体装置
に適用して好適なものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device having a chip mounted on a base.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体装置を動作させたとき、
チップ(バー状のものも含む)の発熱による温度変化は
避けられず、その温度変化によりチップは伸び縮みす
る。このため、チップがヒートシンクやパッケージなど
の基台上にマウントされた半導体装置においては、温度
が変化したときに、チップとヒートシンクとの接合部に
おいて両者の伸縮の度合いとが異なっていると、機械的
なストレスが生じる原因となる。このストレスによる歪
が半導体装置の特性や信頼性に及ぼす悪影響は、チップ
の面積が大きいほど深刻である。
2. Description of the Related Art Generally, when a semiconductor device is operated,
A temperature change due to heat generation of the chip (including a bar-shaped one) is inevitable, and the chip expands and contracts due to the temperature change. For this reason, in a semiconductor device in which a chip is mounted on a base such as a heat sink or a package, if the degree of expansion and contraction of the two at the junction between the chip and the heat sink differs when the temperature changes, mechanical This can cause periodic stress. The adverse effect of the distortion due to the stress on the characteristics and reliability of the semiconductor device is more serious as the area of the chip is larger.

【0003】例えば、レーザアレイ構造を有する半導体
レーザでは、レーザチップ(またはレーザバー)の全長
は約10mmであり、動作時には、このレーザチップの
温度が50℃程度上昇する。このような半導体レーザに
おいて、ヒートシンクの材料として銅を用いた場合、レ
ーザチップを構成するGaAsの熱膨張係数が6.5×
10-6/℃であるのに対して、銅の熱膨張係数は17.
0×10-6/℃であるから、熱膨張によって生じるレー
ザチップの伸びと、このレーザチップがダイボンディン
グされた部分におけるヒートシンクの伸びとの差は約6
μmに相当し、これがストレス発生の原因となる。した
がって、このような半導体レーザにおいては、例えば窒
化アルミニウム(AlN)、銅タングステン(Cu
W)、シリコン(Si)など、レーザチップの熱膨張係
数に近い熱膨張係数を有する材料によりヒートシンクを
構成することによって、このストレスによる歪を補正す
るようにしている。
For example, in a semiconductor laser having a laser array structure, the total length of a laser chip (or laser bar) is about 10 mm, and the temperature of the laser chip increases by about 50 ° C. during operation. In such a semiconductor laser, when copper is used as the material of the heat sink, the thermal expansion coefficient of GaAs constituting the laser chip is 6.5 ×.
Copper has a coefficient of thermal expansion of 17 while being 10 -6 / ° C.
Since it is 0 × 10 −6 / ° C., the difference between the expansion of the laser chip caused by thermal expansion and the expansion of the heat sink at the portion where the laser chip is die-bonded is about 6 °.
μm, which causes the occurrence of stress. Therefore, in such a semiconductor laser, for example, aluminum nitride (AlN), copper tungsten (Cu
By forming the heat sink from a material having a thermal expansion coefficient close to the thermal expansion coefficient of the laser chip, such as W) or silicon (Si), the distortion due to this stress is corrected.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
半導体レーザにおけるレーザチップは、レーザ構造を形
成するために、基板上にこの基板と組成の異なる半導体
層が積層された構造を有しているため、次のような問題
がある。
However, a laser chip in an actual semiconductor laser has a structure in which a semiconductor layer having a composition different from that of the substrate is laminated on a substrate in order to form a laser structure. However, there are the following problems.

【0005】すなわち、例えば、図2に示すように、A
lGaAs系の半導体レーザにおいて、レーザチップ1
01は、GaAs基板101aと、このGaAs基板1
01aの一主面上に積層された、レーザ構造を構成する
複数のAlGaAs層などの半導体層101bとにより
構成されている。なお、図示は省略するが、このレーザ
チップ101において、GaAs基板101aの裏面お
よび半導体層101bの上面には、それぞれ電極が設け
られている。
That is, for example, as shown in FIG.
In an lGaAs semiconductor laser, a laser chip 1
Reference numeral 01 denotes a GaAs substrate 101a and the GaAs substrate 1
And a semiconductor layer 101b, such as a plurality of AlGaAs layers, constituting a laser structure, which is stacked on one main surface of the semiconductor laser 101a. Although illustration is omitted, in the laser chip 101, electrodes are provided on the back surface of the GaAs substrate 101a and the upper surface of the semiconductor layer 101b, respectively.

【0006】このレーザチップ101を製造する際に
は、GaAs基板101a上に、常温に比べて高い、例
えば800℃程度の成長温度で半導体層101bを成長
させており、この半導体層101bは、この成長温度の
ときにGaAs基板101aと格子整合するようになっ
ている。しかしながら、GaAs基板101aと半導体
層101bとでは互いに組成が異なり、GaAs基板1
01aの熱膨張係数の方が半導体層101bの熱膨張係
数より大きいため、常温では、レーザチップ101は半
導体層101b側を凸にして湾曲している。そして、こ
のレーザチップ101の湾曲の度合い(曲率半径)は、
GaAs基板101a上に半導体層101bを成長させ
る際の成長温度と、レーザチップ101の温度との差に
よって変化する。このため、温度が変化することによっ
て、レーザチップ101は、その主面に沿った方向に伸
縮するだけでなく、湾曲の度合いも変化する。
In manufacturing the laser chip 101, a semiconductor layer 101b is grown on a GaAs substrate 101a at a growth temperature higher than room temperature, for example, about 800 ° C. At the growth temperature, the GaAs substrate 101a is lattice-matched. However, the composition of the GaAs substrate 101a and the composition of the semiconductor layer 101b are different from each other.
Since the thermal expansion coefficient of 01a is larger than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer 101b, the laser chip 101 is curved with the semiconductor layer 101b side convex at normal temperature. The degree of curvature (radius of curvature) of the laser chip 101 is
It changes depending on the difference between the growth temperature when growing the semiconductor layer 101b on the GaAs substrate 101a and the temperature of the laser chip 101. Therefore, when the temperature changes, the laser chip 101 not only expands and contracts in the direction along the main surface thereof, but also changes the degree of curvature.

【0007】このレーザチップ101をヒートシンクに
マウントした状態を図3に示す。図3に示すように、レ
ーザチップ101は半導体層101b側を下にして、ヒ
ートシンク102上にはんだ(図示せず)を用いてダイ
ボンディングされている。
FIG. 3 shows a state in which the laser chip 101 is mounted on a heat sink. As shown in FIG. 3, the laser chip 101 is die-bonded on the heat sink 102 with the semiconductor layer 101b side down using solder (not shown).

【0008】しかしながら、ヒートシンク102の熱膨
張係数をレーザチップ101の熱膨張係数に合わせるよ
うにした従来技術では、レーザチップ101がその主面
に沿った方向に伸縮することによって生じる歪を補正す
ることは可能であるが、レーザチップ101の湾曲の度
合いが変化することによって生じる歪は、依然として補
正することが不可能であった。このため、従来の半導体
レーザにおいては、レーザチップ101の湾曲の度合い
が変化することによって生じる歪が、半導体レーザの特
性や信頼性に悪影響を及ぼすという問題があった。
However, in the prior art in which the coefficient of thermal expansion of the heat sink 102 is made to match the coefficient of thermal expansion of the laser chip 101, the distortion caused by the expansion and contraction of the laser chip 101 in the direction along its main surface is corrected. Is possible, but the distortion caused by the change in the degree of curvature of the laser chip 101 cannot be corrected yet. For this reason, in the conventional semiconductor laser, there is a problem that the distortion caused by the change in the degree of curvature of the laser chip 101 adversely affects the characteristics and reliability of the semiconductor laser.

【0009】以上は、半導体レーザにおける問題である
が、これと同様な問題は、温度によって湾曲の度合いが
変化するチップがヒートシンクやパッケージ上にマウン
トされた半導体装置であれば、同様に起こり得るもので
ある。
The above is a problem in a semiconductor laser. A similar problem may occur in a semiconductor device in which a chip whose degree of curvature changes with temperature is mounted on a heat sink or a package. It is.

【0010】したがって、この発明の目的は、温度が変
化したときにチップがその主面に沿って伸縮することに
よって生じる歪に加えて、チップの湾曲の度合いが変化
することによって生じる歪を補正することもできる半導
体装置を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to correct not only the distortion caused by the expansion and contraction of the chip along its main surface when the temperature changes, but also the distortion caused by the degree of the curvature of the chip. Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of performing the above.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、チップが基台上にマウントされた半導
体装置において、基台は、チップの熱膨張係数に近い熱
膨張係数を有し、かつ、互いに熱膨張係数の異なる材料
からなる2つ以上の層が積層された構造を有するととも
に、温度が変化したときに、その湾曲の度合いが、チッ
プの湾曲の度合いの変化によるストレスを緩和するよう
に変化することを特徴とするものである。
To achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device having a chip mounted on a base, wherein the base has a thermal expansion coefficient close to that of the chip. And has a structure in which two or more layers made of materials having different thermal expansion coefficients from each other are laminated, and when the temperature changes, the degree of the bending causes the stress due to the change in the degree of the bending of the chip. It is characterized in that it changes so as to relax.

【0012】この発明において、チップは、典型的に
は、基板上にこの基板と組成の異なる材料からなる層が
積層された構造を有するものであり、温度によって、そ
の湾曲の度合いが変化するものである。なお、このチッ
プは、バー状のものであってもよい。
In the present invention, a chip typically has a structure in which a layer made of a material having a different composition from that of the substrate is laminated on a substrate, and the degree of curvature of the chip changes with temperature. It is. Note that this chip may be in the form of a bar.

【0013】この発明において、基台は、典型的には、
これを構成する2つ以上の層が、熱膨張係数が大きい順
(または小さい順)に積層されたものである。
In the present invention, the base is typically
Two or more layers constituting this are laminated in the order of larger (or smaller) coefficient of thermal expansion.

【0014】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、基台を構成する互いに熱膨張係数の異なる材料から
なる2つ以上の層が、ともにチップの熱膨張係数に近い
熱膨張係数を有することにより、温度が変化したときの
チップと基台との接合部における両者の伸縮の度合いが
ほぼ等しく、チップがその主面に沿って伸縮する際に生
じるストレスを緩和することができる。また、この基台
は、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる2つ以上の
層が積層された構造を有することにより、温度によって
その湾曲の度合いが変化する。このため、温度変化によ
る基台の湾曲の度合いの変化を、チップの湾曲の度合い
の変化に追随させるようにすれば、チップの湾曲の度合
いが変化することによって生じるストレスを緩和するこ
ともできる。
According to the present invention configured as described above, two or more layers of the base that are made of materials having different thermal expansion coefficients have a thermal expansion coefficient close to that of the chip. Thereby, the degree of expansion and contraction of the two at the junction between the chip and the base when the temperature changes is substantially equal, and the stress generated when the chip expands and contracts along its main surface can be reduced. In addition, the base has a structure in which two or more layers made of materials having different thermal expansion coefficients are laminated, so that the degree of curvature changes depending on the temperature. Therefore, if the change in the degree of bending of the base due to the temperature change is made to follow the change in the degree of bending of the chip, the stress caused by the change in the degree of bending of the chip can also be reduced.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。図1は、この一実施
形態による半導体レーザの断面図である。この半導体レ
ーザはAlGaAs系の半導体レーザである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor laser according to the embodiment. This semiconductor laser is an AlGaAs-based semiconductor laser.

【0016】図1に示すように、この一実施形態による
半導体レーザにおいて、ヒートシンク1は、互いに熱膨
張係数の異なる材料からなる第1の層1aと第2の層1
bとが張り合わせられたバイメタル構造を有している。
この場合、これらの第1の層1aおよび第2の層1b
は、このヒートシンク1上にマウントされるレーザチッ
プ2の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有し、さらに、第
1の層1aの熱膨張係数の方が、第2の層1bの熱膨張
係数より大きくなっている。レーザチップ2は、基板2
aと、この基板2aの一主面上に設けられた、レーザ構
造を構成する半導体層2bとにより構成されている。な
お、図示は省略するが、このレーザチップ2において、
基板2aの裏面および半導体層2bの上面には、それぞ
れ電極が設けられている。このレーザチップ2において
は、基板2aの熱膨張係数の方が半導体層2bの熱膨張
係数より大きくなっている。
As shown in FIG. 1, in the semiconductor laser according to this embodiment, a heat sink 1 includes a first layer 1a and a second layer 1 made of materials having mutually different coefficients of thermal expansion.
b has a bimetallic structure bonded to the substrate.
In this case, the first layer 1a and the second layer 1b
Has a thermal expansion coefficient close to that of the laser chip 2 mounted on the heat sink 1, and the thermal expansion coefficient of the first layer 1a is larger than that of the second layer 1b. It is getting bigger. The laser chip 2 is mounted on the substrate 2
a and a semiconductor layer 2b constituting a laser structure provided on one main surface of the substrate 2a. Although not shown, in this laser chip 2,
Electrodes are provided on the back surface of the substrate 2a and the top surface of the semiconductor layer 2b, respectively. In this laser chip 2, the thermal expansion coefficient of the substrate 2a is larger than that of the semiconductor layer 2b.

【0017】そして、このレーザチップ2が半導体層2
b側を下にして、ヒートシンク1の第1の層1a上の所
定部分に、例えばはんだ(図示せず)を用いてダイボン
ディングされている。したがって、この半導体レーザに
おいては、ヒートシンク1上にレーザチップ2がマウン
トされた状態では、ヒートシンク1における積層方向の
熱膨張係数の大小関係と、レーザチップ2における積層
方向の熱膨張係数の大小関係とが一致している。
Then, this laser chip 2 is
The heat sink 1 is die-bonded to a predetermined portion on the first layer 1a with the b side down using, for example, solder (not shown). Therefore, in this semiconductor laser, when the laser chip 2 is mounted on the heat sink 1, the thermal expansion coefficient of the heat sink 1 in the stacking direction and the thermal expansion coefficient of the laser chip 2 in the stacking direction are different. Matches.

【0018】ここで、レーザチップ2の基板2aは例え
ばGaAsからなり、レーザ構造を構成する半導体層2
bは、複数のAlx Ga1-x As層(ただし、xは例え
ば0.1≦x≦0.6)からなる。このレーザチップ2
において、GaAsからなる基板2aの熱膨張係数は
6.5×10-6/℃である。また、半導体層2bの熱膨
張係数は、この半導体層2bを構成する複数のAlx
1-x As層のAl混晶比xによって変化し、一例とし
て、これらの複数のAlx Ga1-x As層のAl混晶比
xが、平均的に0.5であると考えると、この半導体層
2bの熱膨張係数は5.9×10-6/℃である。この場
合、基板2aの熱膨張係数は半導体層2bの熱膨張係数
より大きく、両者の熱膨張係数の差分は0.6×10-6
/℃となっている。
Here, the substrate 2a of the laser chip 2 is made of, for example, GaAs, and the semiconductor layer 2 constituting the laser structure is formed.
b is composed of a plurality of Al x Ga 1-x As layers (where x is, for example, 0.1 ≦ x ≦ 0.6). This laser chip 2
, The thermal expansion coefficient of the GaAs substrate 2a is 6.5 × 10 −6 / ° C. The coefficient of thermal expansion of the semiconductor layer 2b is determined by the plurality of Al x G
It depends on the Al composition ratio x of the a 1-x As layer. As an example, it is assumed that the Al composition ratio x of the plurality of Al x Ga 1-x As layers is 0.5 on average. The coefficient of thermal expansion of this semiconductor layer 2b is 5.9 × 10 −6 / ° C. In this case, the thermal expansion coefficient of the substrate 2a is larger than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer 2b, and the difference between the two is 0.6 × 10 −6.
/ ° C.

【0019】このレーザチップ2は、その製造の際に、
基板2a上に例えば800℃程度の温度で半導体層2b
を成長させており、基板2aの熱膨張係数が半導体層2
bの熱膨張係数より大きいため、常温では、半導体層2
b側を凸にして湾曲している。
The laser chip 2 is manufactured at the time of manufacture.
The semiconductor layer 2b is formed on the substrate 2a at a temperature of, for example, about 800 ° C.
Is grown, and the thermal expansion coefficient of the substrate 2a is
b is larger than the thermal expansion coefficient of the semiconductor layer 2 at room temperature.
It is curved with the b side convex.

【0020】また、この半導体レーザにおいては、ヒー
トシンク1を構成する第1の層1aおよび第2の層1b
の材料として、例えば銅タングステン合金が用いられ
る。この銅タングステン合金は熱伝導性が良好であり、
動作時の発熱が半導体レーザの特性や信頼性に悪影響を
及ぼすことを避けることができるため、ヒートシンクの
材料として適している。また、この銅タングステン合金
は、例えば、銅とタングステンとの合金比率を1:9か
ら2:8へと変化させることによって、熱膨張係数を
6.5×10-6/℃から8.5×10-6/℃へと変化さ
せることが可能である。これは、レーザチップ2におけ
る基板2aと半導体層2bとの熱膨張係数の差分(0.
6×10-6/℃)を与えるのに十分な熱膨張係数の変化
であり、しかも、基板2aおよび半導体層2bを構成す
るGaAsやAlx Ga1-x Asの熱膨張係数に近い値
である。
In this semiconductor laser, the first layer 1a and the second layer 1b constituting the heat sink 1
For example, a copper tungsten alloy is used. This copper tungsten alloy has good thermal conductivity,
Since heat generation during operation can be prevented from adversely affecting the characteristics and reliability of the semiconductor laser, it is suitable as a heat sink material. The copper-tungsten alloy has a thermal expansion coefficient of 6.5 × 10 −6 / ° C. to 8.5 × by changing the alloy ratio of copper to tungsten from 1: 9 to 2: 8, for example. It is possible to change to 10 -6 / ° C. This is because the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 2a and the semiconductor layer 2b in the laser chip 2 (0.
6 × 10 −6 / ° C.), and a value close to the thermal expansion coefficient of GaAs or Al x Ga 1 -x As forming the substrate 2a and the semiconductor layer 2b. is there.

【0021】そして、このヒートシンク1においては、
第1の層1aと第2の層1bとを、互いに組成比率の異
なる銅タングステン合金を用いて構成することにより、
第1の層1aの熱膨張係数と、第2の層1bの熱膨張係
数とを異ならせている。このとき、第1の層1aを構成
する銅タングステン合金における銅の比率は、第2の層
1bを構成する銅タングステン合金における銅の比率よ
り大きくされ、第1の層1aの熱膨張係数の方が、第2
の層1bの熱膨張係数より大きくされている。また、こ
のヒートシンク1における第1の層1aと第2の層1b
との熱膨張係数の差分は、レーザチップ2における基板
2aと半導体層2bとの熱膨張係数の差分とほぼ等しく
なるようにされている。ここで、第1の層1aにおける
銅の比率は例えば15%であり、このときの第1の層1
aの熱膨張係数は7.2×10-6/℃である。また、第
2の層1bにおける銅の比率は例えば10%であり、こ
のときの第2の層1bの熱膨張係数は6.5×10-6
℃である。
In this heat sink 1,
By forming the first layer 1a and the second layer 1b using copper tungsten alloys having different composition ratios from each other,
The thermal expansion coefficient of the first layer 1a is different from the thermal expansion coefficient of the second layer 1b. At this time, the ratio of copper in the copper-tungsten alloy forming the first layer 1a is made larger than the ratio of copper in the copper-tungsten alloy forming the second layer 1b. But the second
Is larger than the thermal expansion coefficient of the layer 1b. The first layer 1a and the second layer 1b of the heat sink 1
Is set to be substantially equal to the difference between the thermal expansion coefficients of the substrate 2a and the semiconductor layer 2b in the laser chip 2. Here, the ratio of copper in the first layer 1a is, for example, 15%.
The coefficient of thermal expansion of a is 7.2 × 10 −6 / ° C. The ratio of copper in the second layer 1b is, for example, 10%, and the thermal expansion coefficient of the second layer 1b at this time is 6.5 × 10 −6 /.
° C.

【0022】このヒートシンク1は、第1の層1aと第
2の層1bとの熱膨張係数が互いに異なることにより、
温度変化に応じてその湾曲の度合いを変化させることが
可能である。また、このヒートシンク1は、互いに異な
る熱膨張係数を有する第1の層1aおよび第2の層1b
を、例えば500℃程度の温度で張り合わせることによ
って製造されており、常温では、第2の層1b側を凸に
して湾曲している。このとき、このヒートシンク1にお
いては、レーザチップ2がマウントされる第1の層側の
凹になった面の湾曲の度合いを、レーザチップ2の半導
体層2b側の凸になった面の湾曲の度合いと、ほぼ一致
させることにより、湾曲したレーザチップ2をマウント
する際の密着性が良好にされている。なお、このような
ヒートシンク1は、銅タングステン合金の製造の段階で
組成比率を変化させることによって製造するようにして
もよい。
In the heat sink 1, the first layer 1a and the second layer 1b have different thermal expansion coefficients from each other.
It is possible to change the degree of the curvature according to the temperature change. The heat sink 1 has a first layer 1a and a second layer 1b having different thermal expansion coefficients.
Are laminated at a temperature of, for example, about 500 ° C., and at normal temperature, the second layer 1 b is curved with the convex side. At this time, in the heat sink 1, the degree of curvature of the concave surface on the first layer side on which the laser chip 2 is mounted is determined by the degree of curvature of the convex surface on the semiconductor layer 2b side of the laser chip 2. By making the degree substantially equal to the degree, the adhesion when mounting the curved laser chip 2 is improved. Note that such a heat sink 1 may be manufactured by changing the composition ratio at the stage of manufacturing the copper-tungsten alloy.

【0023】この半導体レーザは、上述のように構成さ
れたヒートシンク1上に、例えば250℃〜350℃の
温度でレーザチップ2をダイボンディングすることによ
って製造される。
This semiconductor laser is manufactured by die bonding a laser chip 2 at a temperature of, for example, 250 ° C. to 350 ° C. on the heat sink 1 configured as described above.

【0024】上述のように構成されたこの半導体レーザ
において、ヒートシンク1上にレーザチップ2がマウン
トされた状態では、ヒートシンク1の積層方向の熱膨張
係数の大小関係と、レーザチップ2の積層方向の熱膨張
係数の大小関係とが一致しているため、例えば動作時の
発熱または環境の変化などによって温度が変化した場
合、ヒートシンク1の湾曲の度合いは、レーザチップ2
の湾曲の度合いの変化に追随して変化し、このレーザチ
ップ2の湾曲の変化の度合いが変化することによって生
じるストレスを緩和することが可能である。
In the semiconductor laser configured as described above, when the laser chip 2 is mounted on the heat sink 1, the relationship between the magnitudes of the thermal expansion coefficients in the stacking direction of the heat sink 1 and the size of the laser chip 2 in the stacking direction are different. Since the magnitude relationship between the coefficients of thermal expansion coincides with each other, if the temperature changes due to, for example, heat generation during operation or a change in environment, the degree of curvature of the heat sink 1 will be
It changes following the change in the degree of curvature of the laser chip 2, and the stress caused by the change in the degree of change in the curvature of the laser chip 2 can be reduced.

【0025】また、このとき、ヒートシンク1における
第1の層1aと第2の層1bとの熱膨張係数の差分と、
レーザチップ2における基板2aと半導体層2bとの熱
膨張係数の差分とがほぼ等しくされていることにより、
この半導体レーザを通常の環境で使用する場合の温度変
化の範囲内では、ヒートシンク1の湾曲の度合いの変化
量と、レーザチップ2の湾曲の度合いの変化量とが、ほ
ぼ等しくなるようにされている。さらに、ヒートシンク
1の第1の層1aおよび第2の層1bの熱膨張係数が、
レーザチップ2の熱膨張係数に近い値であるため、ヒー
トシンク1とレーザチップ2との接合部における両者の
伸縮の度合いがほぼ等しく、したがって、レーザチップ
2がその主面に沿った方向に伸縮することによって生じ
るストレスを緩和することも可能である。
At this time, the difference in the coefficient of thermal expansion between the first layer 1a and the second layer 1b in the heat sink 1 is calculated as follows:
Since the difference between the thermal expansion coefficients of the substrate 2a and the semiconductor layer 2b in the laser chip 2 is substantially equal,
Within the range of temperature change when this semiconductor laser is used in a normal environment, the amount of change in the degree of curvature of the heat sink 1 and the amount of change in the degree of curvature of the laser chip 2 are set to be substantially equal. I have. Further, the thermal expansion coefficients of the first layer 1a and the second layer 1b of the heat sink 1 are as follows:
Since the value is close to the coefficient of thermal expansion of the laser chip 2, the degree of expansion and contraction of the heat sink 1 and the laser chip 2 at the joint is almost equal, and therefore the laser chip 2 expands and contracts in the direction along its main surface. It is also possible to alleviate the stress caused by the above.

【0026】以上のように、この一実施形態による半導
体レーザによれば、温度が変化した場合に、レーザチッ
プ2が伸縮することによって生じる歪を補正することが
できる上に、従来技術では補正することが不可能であっ
たレーザチップ2の湾曲の度合いが変化することによっ
て生じる歪を補正することもできるため、これらの歪が
半導体レーザの特性や信頼性の及ぼす悪影響を、最低限
に抑えることが可能である。
As described above, according to the semiconductor laser according to this embodiment, when the temperature changes, the distortion caused by the expansion and contraction of the laser chip 2 can be corrected. Since it is also possible to correct the distortion caused by the change in the degree of curvature of the laser chip 2, it is impossible to minimize the adverse effects of these distortions on the characteristics and reliability of the semiconductor laser. Is possible.

【0027】以上この発明の実施形態について具体的に
説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定される
ものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変
形が可能である。例えば、実施形態において挙げた数
値、材料、構造などはあくまで例にすぎず、これに限定
されるものではない。
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the numerical values, materials, structures, and the like described in the embodiments are merely examples, and the present invention is not limited thereto.

【0028】また、上述の一実施形態においては、レー
ザチップ2をヒートシンク1にマウントする際に、レー
ザチップ2の半導体層2b側がヒートシンク1の第1の
層1a側にくるようにしているが、レーザチップ2の基
板2a側がヒートシンク1の第2の層1b側にくるよう
にすることも可能である。
In the above-described embodiment, when the laser chip 2 is mounted on the heat sink 1, the semiconductor layer 2b side of the laser chip 2 is located on the first layer 1a side of the heat sink 1. It is also possible for the substrate 2a side of the laser chip 2 to be on the second layer 1b side of the heat sink 1.

【0029】また、上述の一実施形態におけるヒートシ
ンク1は、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる層が
3層以上積層されたものであってもよい。この場合、こ
れらの3層以上の層は、例えば、熱膨張係数の大きい順
に積層される。
Further, the heat sink 1 in the above-described embodiment may be formed by laminating three or more layers made of materials having different thermal expansion coefficients from each other. In this case, these three or more layers are stacked, for example, in descending order of the coefficient of thermal expansion.

【0030】また、上述の一実施形態においては、ヒー
トシンク1を構成する第1の層1aおよび第2の層1b
の材料として、銅タングステン合金を用いているが、こ
れらの第1の層1aおよび第2の層1bの材料として
は、例えば銅モリブデン合金やAlSiCなどを用いて
もよい。
In the above-described embodiment, the first layer 1a and the second layer 1b constituting the heat sink 1 are formed.
Is used as a material for the first layer 1a and the second layer 1b, for example, a copper molybdenum alloy, AlSiC, or the like may be used.

【0031】また、この発明においては、パッケージ
を、その上にマウントされるチップの熱膨張係数に近い
熱膨張係数を有し、かつ、互いに熱膨張係数の異なる材
料からなる層を2層以上積層することによって構成して
もよい。
In the present invention, the package is formed by laminating two or more layers made of materials having a thermal expansion coefficient close to that of a chip mounted thereon and having different thermal expansion coefficients from each other. It may be constituted by doing.

【0032】さらに、上述の一実施形態においては、こ
の発明を半導体レーザに適用した場合について説明した
が、この発明は、AlGaAs系以外の材料を用いた半
導体レーザは勿論、チップがヒートシンクやパッケージ
などの基台上にマウントされた半導体装置、具体的に
は、例えば、パワーMOSFET、または、同一基板上
に2つ(複数)のレーザ構造を設け、一方のレーザから
他方のレーザにレーザ光を照射して光出力を増幅するよ
うにしたモノリシック光増幅器(Monolithic Optical P
ower Amplifier, MOPA)などに適用することも可能
である。
Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to a semiconductor laser has been described. However, the present invention is not limited to a semiconductor laser using a material other than AlGaAs-based materials, and the chip may be a heat sink or a package. A semiconductor device mounted on a base, specifically, for example, a power MOSFET, or two (plural) laser structures are provided on the same substrate, and a laser beam is emitted from one laser to the other laser. Monolithic optical amplifier (Monolithic Optical P
It can also be applied to power amplifiers (OWER Amplifier, MOPA) and the like.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、基台が、チップの熱膨張係数に近い熱膨張係数を有
し、かつ、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる2つ
以上の層が積層された構造を有するとともに、温度が変
化したときに、その湾曲の度合いが、チップの湾曲の度
合いの変化によるストレスを緩和するように変化するこ
とにより、温度が変化したときにチップが伸縮すること
によって生じる歪と、チップの湾曲の度合いが変化する
ことによって生じる歪とを、ともに補正することができ
るため、これらの歪が半導体装置の特性や信頼性の及ぼ
す悪影響を、最低限に抑えることが可能である。
As described above, according to the present invention, the base has two or more materials made of materials having different thermal expansion coefficients from each other and having a thermal expansion coefficient close to that of the chip. In addition to having a structure in which the layers are stacked, when the temperature changes, the degree of curvature changes so as to reduce stress caused by the change in the degree of curvature of the chip, so that the chip changes when the temperature changes. Since the distortion caused by expansion and contraction and the distortion caused by the change in the degree of curvature of the chip can be corrected together, the adverse effects of these distortions on the characteristics and reliability of the semiconductor device can be minimized. It is possible to suppress.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の一実施形態による半導体レーザの
断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】 従来技術の有する課題を説明するための図で
あって、半導体レーザのレーザチップの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a laser chip of a semiconductor laser for describing a problem of the related art.

【図3】 従来技術の有する課題を説明するための図で
あって、図2に示すレーザチップをヒートシンク上にマ
ウントしたときの状態を示す断面図である。
3 is a cross-sectional view illustrating a state where the laser chip illustrated in FIG. 2 is mounted on a heat sink, for describing a problem of the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・ヒートシンク、1a・・・第1の層、1b・・
・第2の層、2・・・レーザチップ、2a・・・基板、
2b・・・半導体層
1 ... heat sink, 1a ... first layer, 1b ...
A second layer, 2 ... laser chip, 2a ... substrate,
2b ... Semiconductor layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 チップが基台上にマウントされた半導体
装置において、 上記基台は、上記チップの熱膨張係数に近い熱膨張係数
を有し、かつ、互いに熱膨張係数の異なる材料からなる
2つ以上の層が積層された構造を有するとともに、温度
が変化したときに、その湾曲の度合いが、上記チップの
湾曲の度合いの変化によるストレスを緩和するように変
化することを特徴とする半導体装置。
1. A semiconductor device having a chip mounted on a base, wherein the base has a coefficient of thermal expansion close to the coefficient of thermal expansion of the chip and is made of a material having different coefficients of thermal expansion from each other. A semiconductor device having a structure in which one or more layers are stacked, and wherein, when the temperature changes, the degree of curvature changes so as to reduce stress caused by the change in the degree of curvature of the chip. .
【請求項2】 上記基台は、上記チップの熱膨張係数に
近い熱膨張係数を有し、かつ、互いに熱膨張係数の異な
る材料からなる2つの層が積層された構造を有し、上記
2つの層のうち、上記チップがマウントされる側の層の
熱膨張係数が、もう一方の層の熱膨張係数より大きいこ
とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The base according to claim 2, wherein the base has a thermal expansion coefficient close to the thermal expansion coefficient of the chip, and has a structure in which two layers made of materials having different thermal expansion coefficients are stacked. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a thermal expansion coefficient of the layer on which the chip is mounted is larger than a thermal expansion coefficient of the other layer.
【請求項3】 温度が変化したときの上記チップの湾曲
の度合いの変化量と上記基台の湾曲の度合いの変化量と
がほぼ等しいことを特徴とする請求項1記載の半導体装
置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amount of change in the degree of curvature of the chip when the temperature changes is substantially equal to the amount of change in the degree of curvature of the base.
【請求項4】 上記チップの湾曲の度合いと上記基台の
湾曲の度合いとがほぼ等しいことを特徴とする請求項1
記載の半導体装置。
4. The method according to claim 1, wherein the degree of curvature of the tip is substantially equal to the degree of curvature of the base.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 上記半導体装置は半導体レーザであり、
上記チップはレーザチップまたはレーザバーであること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
5. The semiconductor device is a semiconductor laser,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said chip is a laser chip or a laser bar.
【請求項6】 上記基台はヒートシンクであることを特
徴とする請求項1記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said base is a heat sink.
【請求項7】 上記基台はパッケージであることを特徴
とする請求項1記載の半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said base is a package.
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