JPS5852892A - 化合物半導体素子の取付構造 - Google Patents

化合物半導体素子の取付構造

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JPS5852892A
JPS5852892A JP56150617A JP15061781A JPS5852892A JP S5852892 A JPS5852892 A JP S5852892A JP 56150617 A JP56150617 A JP 56150617A JP 15061781 A JP15061781 A JP 15061781A JP S5852892 A JPS5852892 A JP S5852892A
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JP
Japan
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chip
submount
layers
layer
expansion coefficient
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JP56150617A
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Masao Meguro
目黒 将夫
Makoto Haneda
誠 羽田
Shigeo Sakaki
榊 重雄
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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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
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02476Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
    • 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
    • H01L24/80Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/83Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • 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
    • H01L2224/2612Auxiliary members for layer connectors, e.g. spacers
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    • H01S5/0235Method for mounting laser chips
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はG、ムB(ガリウム、砒素)、工nP(インジ
ウム、リン)等の化合物子導体ケ基材とじて形成した化
合物中導体素子、友とえげレーザー素子(チップ)のサ
ブマウントへの取付構lj1に関する。
レーザー素子を形作るチップ(物理的に見てチンブ、慢
能面から見てレーダー素子、ここでは同一物を指子み 
)lは、一般に嬉1図に示すように、表面に金めつきt
tNこした鋼のステム2上に半田3?介して増9付けた
サブマウント4上にソルダー5i介して固定している。
サブマウント4の母材はシリコン(St)あるいは鋼(
Ou)によって形成芒れでいる。サブ1ウント4の母材
が銅板6である場合、第2図慣1に示すように、銅板6
の上下面にはそれぞれO01〜1、5 tl m 程&
の19さにクロム(Or)層7.金(ムu)’+mj、
インジウム(In)#9に重ねて形成している。でして
、このサブマウント4上に0rlllU、Au層11i
下面にMするチップ1kJ&ぞAu−1nの共晶によっ
てチップltサブマウント4に固定している。
また、サブ1ウント4の母材が81扱12である場合&
Cは、第2図1−で示すように、8i板12の上下面に
はそれぞれ0.1〜1.5μm程度の厚さに○r1%0
3.Q(8n)層14.Au−9t1層15、fln層
16ケ重ねて形成し、このサブマウント盛上KOr層1
0.Au#11t−下面に肩するチップ1會斂ぞ、Au
−日nの共晶によってチップ1紮サブマウント4KM定
L7ている。
しかし、このような前者および後者の取付miではつぎ
のような多くの欠点がある。
(1)、前者において、rnは低融点でありかつムu−
In合金は帰械的接合強度が弱いため、後工程のチップ
1にワイヤを接続する際の加熱およU 衝撃によってチ
ップ1がサブマウント4から剥離してしまうこともあり
、信頼性に欠けかつ歩留が低下下る。
(2)、前者および後者において、チップ1紮サブマウ
ント4に固ボするソルダー中のInおよび8nは、チッ
プ固定時の熱処理時に析出してホイスカ(針状結晶)I
Il−発生し易い。これは後述する熱応力によって促進
ネれる。このホイスカはチップの11II1面に突出し
てショート音生じさぞ、レーザー@振會不乾にしたり、
あるいは、レーザー光17の光路中に突出してレーザー
出方を低下芒ゼたすし易く、信頼性が低い。
(3)、前者および後者において、サブマウント4の母
材會形作るOuおよび81の熱**係数とチップの熱膨
張係数は大きく異なる。たとえばチップ1がInP系(
G、ムー系でも熱膨張係数は大きく異なる。)の場合は
七の数値は4.5X10−’/℃、B1は2.5X 1
0 ’/C、0utl16.8Xio−@、”cとなる
。このため、サブマウント4とチップ1間には剪断力が
生じる。チップ1は化合物半導体であることから脆弱で
あり、七の剪断熱応力によって劣化し易く鍔命が短かく
なる。また、この応力によって、afi、Inのホイス
カの発生はより促4賂れる。
したがって、本発明の目的#−1牛導体レーザー素子の
長寿命化を図るとともに、出力低下や発光不能が起きな
い素子の取付構造を提供することにある。
このような目的を連成する丸めに本発明は、サブマウン
ト[ンルダー會介して化合物半導体素子ヲをり付けてな
る化合物半導体素子の取付構4において、前記サブマウ
ントa化合物半導体素子髪形作る材質と同一の材質また
は化合物半導体素子を形作る材質の熱膨張係数に近いか
膨張係数會有するモlグデンもしくはタングステンで形
作るものであり、さらに必要ならば、柔軟な材質で緩衝
体として作用する半田tノルダーとして用いるものであ
って、以下実施例により本発明t−鰭駅間る。
第3図傭1 、 +blは本発明の一実施例による半導
体レーザー素子の取付前後の状態會示す藪明図である。
同図1ml [示すように、ステム2上に順次半田板1
8.サブマウント4.千ツブ1が禎み重ねられ、熱を加
えて相互に固定芒れ、同図+blに示すような半導体レ
ーザー素子の取付構造が製造される。
Cの実施例では、ステム2は従来と同様に表rkUに金
めつき展19に施こ、した銅板20からなる。早出#i
18はたとえば40%のan、60%のPbからなる。
ま友、サブマウント4はチップlがInP系4T質であ
ることから、この工nPの勲鵬張係a4.5X10−’
/C[近イ3.7〜&3xlO−・/Cの熱!I#張係
数を肩するMO板21全母材としている。MO板21の
上下面には従来と同様に0.1−1.5μmm度の厚嘔
OOr層13 + ’ n層14、ムu−sn層15 
+ Bn層1fl=i重ねて形成している。千ツブ1は
工nP′に基材として順次InGaム8Pからなる層上
所望の導電型に形成してなる半導体レーザー素子となっ
て込て、下層には’r#10..ムU層11t#W(、
てhる。
でして、各部材は順次あるいは同時に加熱溶着されて第
3図1blのような構造となり、チップ1の出射面から
レーザー光17【出射するようになる。
サブマウント番とステム2は早出3で固着され、チップ
1はムu−BHからなるソルダー5でサブマウント4に
固着される。
このような実施例によれば、つき゛のような効果を賢す
る。
(1)、千ノブ1とサブ7ウント4と#′i熱膨張係数
か近い、場合によっては同一に選択することができる。
したがって、チップ1の搭歌時の熱によつて、チップI
K太きか熱応力が加わり、勲盃が残留下ることはなく、
半導体レーザー素子の寿命劣化奮起こ丁ことになく々る
。特に、モリブデンは従来サブマウントに使用されてい
7t81Kj+較して熱伝導層、電気伝導度か優れてい
るため、熱抵抗が小さくなり、より安定した特性上寿る
ことができる。
(2) 、チップ悟敏時にサブマウント4とチップ1間
に大きなiIk応力が働かないため、ソルダー中のBn
のホイスカ発生は抑えられる。この九め、ホイスカ発生
によって生じる発光不良、レーザー尤出刃低下は防止で
きる。
(3)、ソルダーとしてのムu−8nは工Q  AH,
IK比較して融点が高くかつ機械的強度も高い。このた
め、後工程のワイヤポンディング時の熱および#続衝撃
によって、チップ1がサブマウント4から剥離したりす
ることはなくなり、他軸性が向上するとともに歩留が向
上する。
なお、本発明は前記実施ガに限定されるものではなく、
本発明の技術、し想に基く変形は可舵であ係数と近φす
る値11−有する4、5X10−’/Cの酷膨張係数k
lするタングステン(W)’tサブマウント4の母材と
してもよく、マた、千ツブ1の基材と−1−の材質、た
とえi工nP 、G&ム@tサブマウント4の母材とし
てもよい。前記WはMQと同様に熱伝導度、電気伝導蜜
が優れているので、1111様r熱抵抗低下の効果を得
ることができる。
また、ソルダーとして、ムU−日nよりも賂らに柔軟で
緩衝体として作用する早出ケ用い、特性の安定化を図っ
てもよい。この場合、友とえばMoll1k母材とする
サブマウントは、MQ板の上下面にそれぞれ0.1〜1
.5Fm@贋の岸θに、順次ニッケル(Ni)シンタ一
層、11層+0tll+Pb−BnH4kMね合ゼたも
のt用いればよい。
さらに、本発明はレーザー素子以外の化合物半導体素子
の取付に″−遍用できる0 以上のように、本発明によ九ば、化合物半導体レーザー
素子の長寿命化を図ることができるとともに、出刃低下
や発光不能が起きずか°つ安定して動作するレーザー素
子の取付構令を提供することができる。
図面のw3単なgg?明 第1図は従来の半導体レーザー素子の取付*童を示す紗
明図、#2図nl 、 lblは同じく半導体レーザー
素子とサブマウント會示す紗明図、Ii3図1a1゜l
blは本発明の一実施例による半導体レーザー素子の取
付紬後の状態の鮨明図である。
1・・・千ツブ、2・・・ステム、3・・・半田、4・
・・サブマウント、5・・・ソルダー、15・・・ムu
−8n117・・・レーザー党、1B・・・半田板、2
1・・・モリブデン板。
代理人 弁理士 薄 1)利 卒 ・2 1 メ      第 2 凡 策  3 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、サブマウントにソルダーを介して化合物半導体素子
    ?をり付けてなる化合物中導体素子の取付構’4におい
    て、前記サブマウントは化合物中導体素子を形作る材質
    と同一の材質またけずと金物半導体素子會形作る材質の
    熱膨張係数に近いν膨張係数tOWする金属で形作るこ
    と?%mとする化合物半導体素子の取付構造。 2、帥配サブマウントはモリブデンまたはタングステン
    で形作るごと?特徴とする特許請求の範囲第1墳記1の
    化合物中導体素子の穆付構造。 3、前記ソルダーは半田とすること全特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の化合物中導体素子の取付構造。
JP56150617A 1981-09-25 1981-09-25 化合物半導体素子の取付構造 Pending JPS5852892A (ja)

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