JPS59193082A - Light emitting semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Light emitting semiconductor device and manufacture thereof

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JPS59193082A
JPS59193082A JP58065466A JP6546683A JPS59193082A JP S59193082 A JPS59193082 A JP S59193082A JP 58065466 A JP58065466 A JP 58065466A JP 6546683 A JP6546683 A JP 6546683A JP S59193082 A JPS59193082 A JP S59193082A
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fixed
chip
light emitting
stem
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暁 石井
Norihiro Minoha
蓑羽 憲宏
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Abstract

PURPOSE:To attain the reduction of the capacitance bycontriving to miniaturize a sub mount by a method wherein the titled device is constructed in such a manner that only a light emitting semiconductor element is mounted and fixed on the sub mount. CONSTITUTION:The sub mount 1 is fixed on a stem 3 made of a metal of a high thermal conductivity. A metallic layer 5 is formed on this sub mount 1. Besides, a semiconducror laser element 2 is fixed thereon by means of low melting point solder 6. Further, wires 8 and 9 are connected to the upper surface of the layer 5 and the element 2, respectively. Since only the element 2 is mounted on the sub mount 1 and the wire 8 is just fixed in such a manner, the mount 1 can be made small. As a result, the capacitance of the sub mount 1 reduces, and accordingly the modulation of long wavelength communication is enabled at a high speed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔技術分野〕 本発明は発光半導体装置に関するものである。 〔背景技術〕 オーディオディスク、ビデオディスク、光通信等の発光
源として発光半導体装置が使用されている。 従来、たとえば、オーディオディスク用発光半導体装置
として、1981年9月14日付の日経エレクトロニク
ス138〜151頁に示すように、銅のステムに固定し
た銅のポストの内側面に半導体レーザー素子(チップ)
をシリコンまたは銅のザブマウントを介して固定し、か
つ金属製のキャップをステムに気密的に取り付け、前記
チップ等を封止した構造が知られている。また、チップ
のサブマウントへの取付けにあたってはチップを光を出
射する活性層(光導波路)がサブマウント側に位置する
ように取付ける1℃・わゆるジャンクション。 ダウンの構造を採用したものが多い。ジャンクション・
ダウンの取付は構造を採用する理由は、半導体レーザー
素子の動作時に発生する熱を、サプマウントを通して効
率的に逃がし、素子の特性安定を図るためである。この
ジャンクション・ダウンの構造はたとえば、特開昭50
−81.771号公報および実開昭50−150270
号公報に示されているように、光通信用の半導体゛レー
ザー装置にも同様に採用されている。 しかし、このようなジャンクション・ダウンの構造を採
用すると、光を出射する活性層(チップ表面から数μm
だけ内側に形成される)がザブマウントにほとんど近接
して配設されるためチップの表面には活性層(光導波路
)が見えなくなる。 この状態であると、元通信用半導体レーザー装置の組立
ての際、光ファイバーと半導体レーザー素子との光軸合
せが困難であるという欠点がある。 特にステムの状態で出荷し、ユーザーが所望のパッケー
ジに組込む場合に、光導波路が見えないと他の光学系と
の光軸合わせかむすかしい。 そこで、本出願人はチップの熱放散性を低下させること
なく、かつ光導波路が組立時に見えるようにするために
、第1図で示すようなチップ取付すなわち、この構造で
は光軸合せ作業時にサブマウント1上に固定された千ノ
グ2の上面に光導波路が見えるいわゆるジャンク7ョン
 アップの構造となっている。しかし、ジャンクション
(活性層)とザブマウントとの間隔がジャンクション・
ダウンの構造と比較して大幅に長くなる(光導波路を構
成する活性層はたとえば100μmの厚さのチップにお
いて表面から3μm程度の深さに位置する。)ことから
、熱伝達経路長が大きくなった分の熱抵抗解消に見合う
ような熱伝導性の良好な物質、たとえば、シリコンカー
バイト(SiC)でサブマウントを形成している。この
SiCは絶縁性であるため、チップ下面からの′電極取
り出しを従来のように、サブマウント、ステムと伝導さ
セ乙ことかできない。そこで、ステム3上に、Pb−8
n−Inからなるソルダー4を介
[Technical Field] The present invention relates to a light emitting semiconductor device. [Background Art] Light-emitting semiconductor devices are used as light-emitting sources for audio discs, video discs, optical communications, and the like. Conventionally, for example, as a light-emitting semiconductor device for audio discs, a semiconductor laser element (chip) is mounted on the inner surface of a copper post fixed to a copper stem, as shown in Nikkei Electronics, September 14, 1981, pages 138-151.
A structure is known in which the chip is fixed via a silicon or copper submount, and a metal cap is hermetically attached to the stem to seal the chip and the like. Also, when installing the chip on the submount, mount the chip so that the active layer (optical waveguide) that emits light is located on the submount side at a 1°C so-called junction. Many have a down structure. Junction
The reason why the down mounting structure is adopted is to efficiently dissipate the heat generated during the operation of the semiconductor laser element through the submount, thereby stabilizing the characteristics of the element. The structure of this junction down is, for example,
Publication No. 81.771 and Utility Model Application Publication No. 150270-150
As shown in the above publication, this method is also used in semiconductor laser devices for optical communication. However, if such a junction-down structure is adopted, the active layer that emits light (several μm from the chip surface)
The active layer (optical waveguide) is not visible on the surface of the chip because the active layer (formed on the inside) is disposed almost close to the submount. In this state, there is a drawback that it is difficult to align the optical axes of the optical fiber and the semiconductor laser element when assembling the original communication semiconductor laser device. Particularly when the optical waveguide is shipped as a stem and assembled into a desired package by the user, it is difficult to align the optical axis with other optical systems if the optical waveguide is not visible. Therefore, in order to not reduce the heat dissipation properties of the chip and to make the optical waveguide visible during assembly, the applicant has decided to mount the chip as shown in Figure 1. It has a so-called junction-up structure where the optical waveguide can be seen on the top surface of Sennogu 2 fixed on Mount 1. However, the distance between the junction (active layer) and the submount is
Since it is significantly longer than the down structure (the active layer that makes up the optical waveguide is located at a depth of about 3 μm from the surface of a chip with a thickness of 100 μm, for example), the length of the heat transfer path becomes larger. The submount is formed of a material with good thermal conductivity, such as silicon carbide (SiC), which is suitable for reducing thermal resistance. Since this SiC is insulating, it is not possible to take out the electrode from the bottom surface of the chip and connect it to the submount and stem as in the conventional case. Therefore, on stem 3, Pb-8
via solder 4 made of n-In.

【、て、サブマウント
1が固定されサブマウント1上面(上面ハル)らかじめ
Cr、Auが蒸着されていて金属層5が形成されている
。)にPb−8nからなる鑞材6を介してそれぞれチッ
プ2および金片7が固定され、この金片7上にワイヤ8
が接続された構造を採用することによって、千ツブ2の
下部電極の取り出しを行なっている。また、チップ2の
上部型5極にはワイヤ9が接続される。なお、パッケー
ジへの組込みはステムの取付孔10を利用してねじ止め
し、その後、ワイヤボンディングを行なう。 この構造は光軸合せ作業時にチップ2の表面に光導波路
が1条の筋となって見えることから光軸合せが容易かつ
正確にできる特長があるが、新につぎに記すような欠点
が生じることが本発明者によってあきらかとされた。 (1)高速用長波長半導体レーザー装置は高速で変調を
行なうが、この際、サブマウント1はSiCなる絶縁体
であることから、容量が生じ、変調特性に悪影響を与え
る。このため、サブマウント1はできる限り小さいこと
が望しい。しかし、チップ2および金片6の2つをサブ
マウント上に載置固定する構造では、たとえば、チップ
2および金片6が縦横300〜400μm程度の矩形体
となっているため、最小でもザブマウント1は縦】μm
。 横0.5μm程度しかならず、容量低減が図れない。 (2)  チップ2は熱に対して弱いため、窩い温度で
熱処理することができず組立時にあってもたとえば約2
00°C以上の温度にすることができない。このため、
ザブマウン)1をステム3に取り付ける鑞材4.チップ
2および金片6をサブマウント1に取り付けろ鑞材5は
低融点半田を使用しでいろ。 また、この半田はステム3およびサブマウント1にあら
かじめ蒸着によって被着しておく。そして最初にチップ
2および金片6をザブマウント1に固定し、その後この
サブマウント1をステム3に固定する。しかし、この方
法はステム3にザブマウント1を固定する際、チップ2
および金片6をサブマウント1に固定している半田も溶
けるため、チップ2および金片6の位置がすれ易いおそ
れがある。 (3(前記(1)で記したように、サブマウント1は縦
1μm、横0.5μmと小さいため、300〜400μ
m口のチップ2および金片6を機械的に固定することは
難し、い。また、前記(2)で記したように、ザブマウ
ント1をステム3に固定する作業も、サブマウント1上
のチップ2および金片6が移動1〜易い状態にあること
がらサブマウント1全体を保持してステム3に固定する
自動機の適用も難しく、これら接続作業は手作業でせざ
るを得す作業性が悪い。 〔発明の目的〕 本発明は絶縁性サブマウントを介して半導体レーザー素
子をステムに固定した発光半導体装置におけるサブマウ
ント容量の低減化を図ることにある。 また、本発明の他の目的は絶縁性サブマウントを介して
半導体レーザー素子をステムに固定した発光半導体装置
の製造において、製造が容易で自動組立化も容易な製造
方法を提供することにより、製造コストの低減化を図る
ことにある。 本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。 〔発明の概要〕 本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。 すプIわち、絶縁性ザブマウント上には半導体レーザー
素子のみを載置固定する構造とすることによってサブマ
ウントの小型化が図れることがら、容量の低減化が達成
できろ。 また、絶縁性サブマウントは高融点′4.拐を介し2て
ステムに固定しまた後、−面に低融点鑞材を付熱させた
半導体レーザー素子を前記低融点鑞材にJ−ってサブマ
ウントに固定するようにしたこと、また、サブマウント
には半導体レーザー素子のみな固定するように1〜たこ
とから、サブマウントおよび半導体レーザー素子を順次
機械的に固定することができる。 〔実施例1〕 第2図は本発明の一実施例による半導体レーザー素子取
付構造を示す斜視図、第3図(a)、 (b)は同じく
半導体レーザー素子取付構造の製造方法な示す説明図で
ある。 最初に半導体レーザー素子取付構造について説明する。 第2図に示すように、熱伝導率の高い金属、たとえば銅
(Cu)からなる矩形板状のステム3の上面には高融点
鑞材4、たとえばAu−8n(融点380℃)によって
5iC(シリコンカー)(イト)からなるサブマウント
1が固定されている。また、このサブマウント1は上面
(主面)全域に順次Cr、Auが数十^〜1μm程度蒸
着され金属層5を形成している。そして、この上には低
融点鑞材6、たとえば半田(Pb−8n;融点180℃
)によって上下面にAu系電極を有する半導体レーザー
素子(チップ)2が固定されている。チップ2(マ第2
図中二点鎖線で示すように、光導波路11が上、すなわ
ち、サブマウント主面に接する面と(ま逆となる面側に
位置するように、いわゆるジャンクション・アップの状
態で固定されて℃・る。また、ステム3には取付孔10
が2つ設けられている。 つぎに、このようなチップ取付構造の製造方法について
第3図(a)、 (b)を参照しながら説明1〜る。 同図(a)に示すように、CLIのステム3を用意し−
だ後、SiCからなるザブマウント1を用意し、このサ
ブマウント]を真空吸着工具12で真空吸着保持してス
テム3上に固定する。サブマウント1は縦が1μm、横
が05μmとなり、上面(主面)にはCr、A−uが順
次蒸着されて金属膜5が形成されている。また、下面に
はA ll−S nからなる[6融点鑞材4があらかじ
め被着されている。そこで、この高融点鑞材4を一時的
に浴かしてサブマウント1をステム3に位置決め固定す
る。 つぎに、縦横が300,400μとなるチップ2を真空
吸着工具13で保持1−でザブマウント1」二に位置決
め供給する。千ノブ2は上下面にそれぞれAu系電極を
有している。また、光導波路11から遠い面にはあらか
じめPb−8nからなる低融点鑞材(融点180°C)
6が被着されているので、この低融点鑞材6を一時的に
溶かしてチップ2をザブマウント1に固定する。なお、
ザブマウント1上の金属層5はサブマウント1上全域に
設けられ、チップ取付部を形作るとともに後述するワイ
ヤ取付けに利用するワイヤ取付部をも形作っている。 また、この金属層5および低融点鑞材6はチップ2を形
成するウエノ・の状態のとき、それぞれ蒸着によって形
成しておく。 このようなチップ取付構造はこの状態で出荷されユーザ
ー側で所望のパッケージに組み込まれる。 そして、金属層5およびチップ2上面にそれぞれワイヤ
8,9が接続される。また、パンケージに支持される光
ファイバーの先端が千ノブ2の光導波路端に対面するよ
うに、チノグ面に浮かび上って見える光導波路11を目
安として光軸合せを行なう。 〔効 果〕 (1)サブマウント1上にはチップ2のみを搭載し、か
つワイヤ8を固定するだけであることから、第1図に示
す構造のものよりもサブマウント1は小さくできる。こ
の結果、サブマウント1の容量も小さくなり、高速にて
長波長通信の変調が可能となる。 (21ステム3へのサブマウント1の固定は高融点鑞材
4で行ない、サブマウント1への千ノブ2の固定は低融
点鑞材6で行なう。また、その固定もステム3國サブマ
ウント]を固定した後にチップ2をサブマウント1に固
定する方法を採用している。したがって、チップ2は2
00 ’Cを越えて加熱されることはなく、チップ2の
熱劣化は生じない。 (3)サブマウント1および千ノブ2はそれぞれ1個で
あり、サブマウントボンディングおよびチップボンディ
ングは固定時ボンティング周辺に他の障害となるものが
ないことから、半導体素子組立に一般的に用いられてい
るチップボンダを用いて固定でも、自動組立も可能とな
る。 (4)サブマウント1は熱伝導率が高いSiCで形成さ
れているためチップ2で発生する熱を効果的にステム3
に伝達する。このため、チップ2は光導波路11力1上
となるジャンクション・アップの状態でサブマウント1
に固定可能となる。したがって、光ファイバーとの光軸
合せ時に光導波路を観察できるようになり、光軸合せ作
業が正確でかつ単時間に行なえる因子となる。 (5)チップ2の下部電極の取り出しは金属層5および
この金属層5に接続されるワイヤ8によって行なわれる
。このため、第1図の構造のように中継体となる金片は
不要となり、部品点数の低減が図れる。 (6)第1図の構造のものは、サブマウント1にチップ
2と金片7を固定した後、このサブマウント1をステム
3に固定するため、本発明σ)サブマウント1よりも熱
容量が大きいサブマウントを加熱したり、あるいはチッ
プおよび金片を固定したサブマウントを加熱したりしな
げればならず、加熱時間が長い。これに対し、本発明で
は、ステム3にサブマウント1を固定する際はサブマウ
ント1とステム3との加熱、チップ2のサブマウント1
への加熱はチップ2とサブマウント1との加熱であるこ
とから熱容量が小さくなり、加熱時間を短縮することが
できる。 なお、この実施例において、金属層5はサブマウント1
の主面全域でなく、チップ取付部、ワイヤ取付部および
これらを繋ぐ連繋部とからなるパターンを有するもので
もよい。 〔実施例2〕 第4図は本発明の他の実施例による光通信用半導体装#
(光フアイバー付レーザーダイオード装置)を示す一部
を切り欠いた状態の平面図、第5図は第4図の■−v線
に浴5断面図、第6図は同じく光通信システムに組み込
んだ例を示す模式図である。 このレーザーダイオード装置は、長方形板のステム3を
基にして組み立てられている。すなわち、ステム3は長
方形金属板の一面を切削加工して中央部にリング状封止
壁14を形成するとともに、このリング状封止壁14の
内側をさらに深くくり抜きかつその底面中央部に台座部
15を形作っている。そして、この台座部15上にAu
−3nのソルダーな介して固定した前記実施例と同構造
のSiCからなるサブマウント1上にPb−8nのソル
ダーによってレーザーダイオードチップ(チップ)2を
固定している。また、ステム3の両端には千ノブ2のレ
ーザー光を出射jる出射面に向かって延在するガイド孔
16.17がそれぞれ設けられている。一方のガイド孔
16には光ファイバー18を中心部に挿嵌固定したファ
イバーガイド19が嵌合され、銀鑞20によってステム
3に固定されている。光ファイバー18の先端はチップ
2の一方の出射面に対面し、レーザー光な光フアイバー
18内に取り込むようになっている。この際、光ファイ
バー18の先端部はレジンあるいはソルタ゛−等の固定
材21によってステム3の台座部15に固定され、締付
、温度特性、振動筒によって光ファイバー18への光取
込効率(光結合効率)が変動しないように配慮されてい
る。なお、光ファイバー18のコア径が8μmφ程度の
シングル・モード ファイバーにあっては、使用に耐え
る所望の光結合効率を得るには、チップ2に対する光フ
ァイバー18の先端の相対的光軸合せ精度は、たとえば
±0.2〜0.3μm以内にしなければならない。 一方、前記他方のガイド孔17にはモニターファイバー
22が挿嵌固定されている。このモニターファイバー2
2の先端はチップ2の他方の出射面に対面し、レーザー
光の光強度をモニターするようになっている。また、ス
テム3には2本のリード23.24が配設されている。 一方のリード23の内端にはチップ2の上部電極に一端
を固定したワイヤ9が固定され、他方のり−ド24の内
端にはサブマウント1の金属層に一端を固定したワイヤ
8が固定されている。なお、両リード8゜9はステム3
の周壁を貫通し、ガラスのような絶縁体を介してステム
3に固定されている。さらに、リング状封止壁14の上
面にはブームウェルドによって板状のキャップ25が気
密的に取り付けられ、チップ2等を気密的に封止してい
る。 このようなレーザーダイオード装置26は各種機器類に
実装されるときは、ステム3の4隅に設けられた取付孔
10を利用してねじで取付板に固定される。たとえば、
この実装例としては、第6図に示すように光通信システ
ムに組み込む例がある。すなわち、レーザーダイオード
装置26は光通信装置27の基板28上に固定した熱電
冷却装置29上に固定されている。また、この基板28
にはレーザーダイオード装置26を駆動制御するレーザ
ー駆動回路30.レーザー光強度ヲモニターするフォト
センサー31.熱電冷却装置29を制御して常にチップ
2が一定温度で動作させる役割を果すペルチェ制御回路
32を組み込んである。 また、フォトセンサー31はレーザー光強度のモニター
情報をレーザー駆動回路3oに入力させるようになって
いる。 このような光通信装置27は変調器33ケ介してアナロ
グ信号34をデジタル信号35として受は入れ、光ファ
イバ〜18を伝送媒体として受信機36に光信号を送る
。受信機36ではシリコンフォトダイオードのような光
電変換機器37で光信号を電気信号に変換しかつ増幅回
路38で増幅する。その後、デジタル信号34を復調器
39でアナログ信号34として通信情報を受けとる。 〔効 果〕 (1)千ツブ2はジャンクション・アンプの状態でザブ
マウント1を介してステム3に固定される。 このため、光ファイバー18との光軸合せ作業時チップ
表面に見える光導波路11を目安として光軸合せが行な
える結果、光軸合せ作業の高能率化。 高精度化が図れる。したがって、光通信システムにおい
てより確かな通信ができる。 (2)  前記(1)の理由から、光ファイバーの光取
り込み効率の向上が図れるため、同一出力では従来より
もより遠くまで情報伝送が行なえろ(伝送経路長の長大
化)ようになる。 (3)サブマウント1上にはチップ2のみを固定するた
め、サブマウント1は小さくできる。この結果、容量の
低減が図れ、両速にで長波長通信の変調が可能となる。 (4)チップ2はステム3に高融点鑞材を介して固定し
たサブマウン)1に低融点鑞材を介して固定している。 このため、チップ2は組立時200″(1’越える高熱
に晒されることはないことから、チップの熱劣化が生じ
ない。 +5)  i41で記したように、サブマウント1なス
テム3に、チップ2をサブマウント1上にと順次1個ず
つ組み込むことから、自動組立化が可能となる。 以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。 〔利用分野〕 以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である光通信技術に適用し
た場合について説明したが、それに限定されるものでは
なく、たとえば、すくなくとも表裏面にそれぞれ電極を
有する千ノブの取付技術に適用できる。
[The submount 1 is fixed, and Cr and Au are deposited on the upper surface (upper surface hull) of the submount 1 in advance to form a metal layer 5. ) are fixed to the chip 2 and a gold piece 7 through a solder material 6 made of Pb-8n, and a wire 8 is placed on the gold piece 7.
By adopting a structure in which the electrodes are connected, the lower electrode of the tube 2 can be taken out. Further, a wire 9 is connected to the upper mold 5 poles of the chip 2 . The assembly into the package is performed by screwing using the mounting hole 10 of the stem, and then by wire bonding. This structure has the advantage that the optical waveguide can be seen as a single line on the surface of the chip 2 during optical axis alignment, making it easy and accurate to align the optical axis, but it also has the following drawbacks: This has been made clear by the inventor. (1) A high-speed long-wavelength semiconductor laser device performs modulation at high speed, but at this time, since the submount 1 is made of an insulator such as SiC, capacitance is generated, which adversely affects the modulation characteristics. For this reason, it is desirable that the submount 1 be as small as possible. However, in a structure in which the chip 2 and the metal piece 6 are placed and fixed on the submount, for example, the chip 2 and the metal piece 6 are rectangular bodies with length and width of about 300 to 400 μm. is length】μm
. The width is only about 0.5 μm, and the capacitance cannot be reduced. (2) Since the chip 2 is sensitive to heat, it cannot be heat-treated at a low temperature, and even during assembly, the temperature
The temperature cannot exceed 00°C. For this reason,
4. Solder material to attach Zabu mount) 1 to stem 3. Attach the chip 2 and the gold piece 6 to the submount 1, and use low melting point solder as the filler material 5. Further, this solder is previously applied to the stem 3 and the submount 1 by vapor deposition. First, the chip 2 and the gold piece 6 are fixed to the submount 1, and then this submount 1 is fixed to the stem 3. However, in this method, when fixing the sub mount 1 to the stem 3, the tip 2
Since the solder fixing the gold piece 6 to the submount 1 also melts, the chip 2 and the metal piece 6 may easily become misaligned. (3 (As mentioned in (1) above, the submount 1 is small at 1 μm in length and 0.5 μm in width, so
It is difficult to mechanically fix the m-shaped chip 2 and the gold piece 6. In addition, as mentioned in (2) above, the work of fixing the submount 1 to the stem 3 also requires that the entire submount 1 be held in place because the tip 2 and the gold piece 6 on the submount 1 are in a state where they are easy to move. It is also difficult to use an automatic machine to fix it to the stem 3, and these connection operations have to be done manually, which is poor workability. [Object of the Invention] An object of the present invention is to reduce the submount capacitance in a light emitting semiconductor device in which a semiconductor laser element is fixed to a stem via an insulating submount. Another object of the present invention is to provide a manufacturing method that is easy to manufacture and easy to automatically assemble in the manufacturing of a light emitting semiconductor device in which a semiconductor laser element is fixed to a stem via an insulating submount. The aim is to reduce costs. The above and other objects and novel features of the present invention include:
It will become clear from the description of this specification and the accompanying drawings. [Summary of the Invention] A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows. By adopting a structure in which only the semiconductor laser element is placed and fixed on the insulating submount, the submount can be made smaller, and the capacitance can be reduced. In addition, the insulating submount has a high melting point of '4. A semiconductor laser element having a low melting point solder material applied to the lower surface thereof is fixed to the stem via a ferrule 2, and then fixed to a submount by applying heat to the low melting point solder material, and Since only the semiconductor laser element is fixed to the submount, the submount and the semiconductor laser element can be mechanically fixed in sequence. [Example 1] Fig. 2 is a perspective view showing a semiconductor laser element mounting structure according to an embodiment of the present invention, and Figs. 3(a) and 3(b) are explanatory diagrams similarly showing a manufacturing method of the semiconductor laser element mounting structure. It is. First, the semiconductor laser element mounting structure will be explained. As shown in FIG. 2, the upper surface of a rectangular plate-shaped stem 3 made of a metal with high thermal conductivity, such as copper (Cu), is coated with a high melting point brazing material 4, such as Au-8n (melting point: 380°C). A submount 1 made of a silicon car is fixed. Further, this submount 1 has a metal layer 5 formed by sequentially depositing Cr and Au to a thickness of about several tens of micrometers to about 1 μm over the entire upper surface (principal surface). On top of this is a low melting point brazing material 6, such as solder (Pb-8n; melting point 180°C).
), a semiconductor laser element (chip) 2 having Au-based electrodes on its upper and lower surfaces is fixed. Chip 2 (Ma 2nd
As shown by the two-dot chain line in the figure, the optical waveguide 11 is fixed in a so-called junction-up state so that it is located above, that is, on the side that is in contact with the main surface of the submount (on the opposite side).・In addition, the stem 3 has a mounting hole 10.
There are two. Next, a method for manufacturing such a chip mounting structure will be described from 1 to 1 with reference to FIGS. 3(a) and 3(b). As shown in figure (a), prepare stem 3 of CLI.
After that, a submount 1 made of SiC is prepared, and this submount is held on the stem 3 by vacuum suction using a vacuum suction tool 12. The submount 1 has a length of 1 μm and a width of 05 μm, and a metal film 5 is formed on the upper surface (principal surface) by sequentially depositing Cr and Au. Further, on the lower surface, a [6 melting point brazing material 4 made of All-Sn is preliminarily applied. Therefore, the submount 1 is positioned and fixed to the stem 3 by temporarily soaking in this high melting point brazing material 4. Next, a chip 2 having length and width of 300 and 400 μm is held by a vacuum suction tool 13 and positioned and supplied to a sub mount 1'' by a vacuum suction tool 13. The thousand knobs 2 each have Au-based electrodes on the upper and lower surfaces. Further, on the surface far from the optical waveguide 11, a low melting point brazing material (melting point 180°C) made of Pb-8n is applied in advance.
6 is adhered thereto, the chip 2 is fixed to the submount 1 by temporarily melting this low melting point brazing material 6. In addition,
The metal layer 5 on the submount 1 is provided over the entire area of the submount 1, forming a chip attachment part and also forming a wire attachment part used for wire attachment, which will be described later. Further, the metal layer 5 and the low melting point brazing material 6 are formed by vapor deposition when the chip 2 is to be formed. Such a chip mounting structure is shipped in this state and assembled into a desired package by the user. Then, wires 8 and 9 are connected to the metal layer 5 and the top surface of the chip 2, respectively. Further, the optical axis is aligned using the optical waveguide 11 that appears floating on the chinograph surface as a guide so that the tip of the optical fiber supported by the pancage faces the optical waveguide end of the chinograph 2. [Effects] (1) Since only the chip 2 is mounted on the submount 1 and only the wire 8 is fixed, the submount 1 can be made smaller than the structure shown in FIG. As a result, the capacity of the submount 1 is also reduced, making it possible to modulate long wavelength communication at high speed. (21 The submount 1 is fixed to the stem 3 with a high melting point brazing material 4, and the 1000 knob 2 is fixed to the submount 1 with a low melting point brazing material 6. Also, the fixation is also done with the stem 3 country submount) The chip 2 is fixed to the submount 1 after the chip 2 is fixed to the submount 1. Therefore, the chip 2 is
The chip 2 is not heated above 00'C and thermal deterioration of the chip 2 does not occur. (3) There is only one submount 1 and one thousand knob 2, and submount bonding and chip bonding are generally used for semiconductor device assembly because there are no other obstacles around the bonding when they are fixed. It is also possible to fix the device using a chip bonder or to automatically assemble it. (4) Since the submount 1 is made of SiC with high thermal conductivity, it effectively transfers the heat generated by the chip 2 to the stem 3.
to communicate. Therefore, the chip 2 is placed in the submount 1 with the junction up, which is above the optical waveguide 11.
It can be fixed to Therefore, the optical waveguide can be observed when aligning the optical axis with the optical fiber, which makes it possible to perform the optical axis alignment work accurately and in a short time. (5) The lower electrode of the chip 2 is taken out by the metal layer 5 and the wire 8 connected to the metal layer 5. Therefore, unlike the structure shown in FIG. 1, there is no need for a gold piece serving as a relay body, and the number of parts can be reduced. (6) In the structure shown in Fig. 1, the chip 2 and gold piece 7 are fixed to the submount 1, and then the submount 1 is fixed to the stem 3. It is necessary to heat a large submount or a submount to which a chip and a gold piece are fixed, and the heating time is long. In contrast, in the present invention, when fixing the submount 1 to the stem 3, the submount 1 and the stem 3 are heated, and the submount 1 of the chip 2 is heated.
Since the heating is the heating of the chip 2 and the submount 1, the heat capacity becomes small and the heating time can be shortened. Note that in this embodiment, the metal layer 5 is attached to the submount 1
It is also possible to have a pattern consisting of a chip attachment part, a wire attachment part, and a connecting part connecting these parts, rather than covering the entire main surface. [Embodiment 2] FIG. 4 shows a semiconductor device for optical communication according to another embodiment of the present invention.
(Laser diode device with optical fiber) is a partially cutaway plan view, Figure 5 is a cross-sectional view of the bath 5 taken along the ■-v line in Figure 4, and Figure 6 is also incorporated into an optical communication system. It is a schematic diagram showing an example. This laser diode device is assembled based on a stem 3 of a rectangular plate. That is, the stem 3 is formed by cutting one side of a rectangular metal plate to form a ring-shaped sealing wall 14 in the center, and by hollowing out the inside of the ring-shaped sealing wall 14 more deeply and forming a pedestal part in the center of the bottom surface. It forms 15. Then, on this pedestal part 15, Au
A laser diode chip (chip) 2 is fixed by a Pb-8n solder onto a submount 1 made of SiC having the same structure as in the previous embodiment and fixed by a Pb-3n solder. Furthermore, guide holes 16 and 17 are provided at both ends of the stem 3, respectively, and extend toward the output surface of the laser beam 2. A fiber guide 19 in which an optical fiber 18 is inserted and fixed in the center is fitted into one of the guide holes 16 and fixed to the stem 3 with silver solder 20. The tip of the optical fiber 18 faces one exit surface of the chip 2, and is configured to introduce laser light into the optical fiber 18. At this time, the tip of the optical fiber 18 is fixed to the pedestal part 15 of the stem 3 with a fixing material 21 such as resin or salter, and the light intake efficiency (optical coupling efficiency) to the optical fiber 18 is determined by tightening, temperature characteristics, and a vibration cylinder. ) is taken care not to fluctuate. In addition, in the case of a single mode fiber in which the core diameter of the optical fiber 18 is about 8 μmφ, in order to obtain a desired optical coupling efficiency that can withstand use, the relative optical axis alignment accuracy of the tip of the optical fiber 18 with respect to the chip 2 is, for example, as follows. Must be within ±0.2 to 0.3 μm. On the other hand, a monitor fiber 22 is inserted and fixed into the other guide hole 17. This monitor fiber 2
The tip of the chip 2 faces the other output surface of the chip 2, and is adapted to monitor the light intensity of the laser beam. Further, two leads 23 and 24 are arranged on the stem 3. A wire 9 with one end fixed to the upper electrode of the chip 2 is fixed to the inner end of one lead 23, and a wire 8 with one end fixed to the metal layer of the submount 1 is fixed to the inner end of the other lead 24. has been done. In addition, both leads 8°9 are stem 3
It penetrates the peripheral wall of the stem 3 and is fixed to the stem 3 via an insulator such as glass. Further, a plate-shaped cap 25 is airtightly attached to the upper surface of the ring-shaped sealing wall 14 by a boom weld, thereby airtightly sealing the chip 2 and the like. When such a laser diode device 26 is mounted on various types of equipment, it is fixed to a mounting plate with screws using the mounting holes 10 provided at the four corners of the stem 3. for example,
As an example of this implementation, there is an example of incorporating it into an optical communication system as shown in FIG. That is, the laser diode device 26 is fixed on a thermoelectric cooling device 29 fixed on the substrate 28 of the optical communication device 27. Also, this board 28
A laser drive circuit 30 for driving and controlling the laser diode device 26 is provided. Photo sensor 31 to monitor laser light intensity. A Peltier control circuit 32 is incorporated which controls the thermoelectric cooling device 29 so that the chip 2 always operates at a constant temperature. Further, the photosensor 31 inputs monitor information of the laser light intensity to the laser drive circuit 3o. Such an optical communication device 27 receives an analog signal 34 as a digital signal 35 via a modulator 33, and sends the optical signal to a receiver 36 using an optical fiber 18 as a transmission medium. In the receiver 36, the optical signal is converted into an electrical signal by a photoelectric conversion device 37 such as a silicon photodiode, and the signal is amplified by an amplifier circuit 38. Thereafter, the digital signal 34 is sent to a demodulator 39 to receive communication information as an analog signal 34. [Effects] (1) Sentsubu 2 is fixed to stem 3 via Submount 1 in the state of a junction amplifier. Therefore, when aligning the optical axis with the optical fiber 18, the optical axis can be aligned using the optical waveguide 11 visible on the chip surface as a guide, resulting in highly efficient optical axis alignment. High accuracy can be achieved. Therefore, more reliable communication is possible in the optical communication system. (2) For the reason mentioned in (1) above, since the light absorption efficiency of the optical fiber can be improved, information can be transmitted further than before with the same output (lengthening of the transmission path). (3) Since only the chip 2 is fixed on the submount 1, the submount 1 can be made smaller. As a result, capacity can be reduced and long wavelength communication can be modulated at both speeds. (4) The chip 2 is fixed to the submount 1 which is fixed to the stem 3 via a high melting point brazing material via a low melting point brazing material. For this reason, the chip 2 is not exposed to high heat exceeding 200''(1') during assembly, so no thermal deterioration of the chip occurs. 2 on the submount 1 one by one, automatic assembly becomes possible.The invention made by the present inventor has been specifically explained above based on the embodiments, but the present invention is based on the above embodiments. It goes without saying that the present invention is not limited to the above, and that various changes can be made without departing from the gist thereof. Although the present invention has been described with reference to the field of optical communication technology, the present invention is not limited thereto, and can be applied, for example, to a mounting technique for a thousand knobs having electrodes on at least the front and back surfaces.

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

第1図は本出願人が既に開発した半導体レーザー素子取
付構造を示す正面図、 第2図は本発明の一実施例による半導体レーザー素子取
付構造を示す斜視図、 第3図(a)、 (b)は同じく半導体レーザー素子取
付構造の製造方法を示す説明図、 第4図は他の実施例による光通信用半導体装置の一部を
切り欠いた状態の平面図、 第5図は第4図のV−V線に浴5断面図、第6図は同じ
く光通信システムに組み込んだ例を示す模式図である。 1・・ザブマウント、2・・半導体レーザー素子(チッ
プ)、3 ステム、4・・・鑞材、5・金属層、6・・
・鑞材、7・・・金片、8,9・・・ワイヤ、10・・
取付孔、11・・・光導波路、12.13・・真空吸着
上置、14・・・リング状封止壁、15・・台座部、1
6,1.7・・・ガイド孔、18・・・光ファイバー、
19・・・ファイバーガイド、20・・・銀鑞、21・
・固定材、22・・・モニターファイバー、23.24
・・リード、25・・・キャップ、26・・・レーザー
ダイオード装置、27・・・光通信装置、28・・・基
板、29・・・熱電冷却装置、30・・・レーザー駆動
回路、31・・・フォトセンサー、32・・ペルチェ制
御回路、33・−・変調器、34・・・アナログ信号、
35・・デジタル信号、36・・・受信機、37・・・
光電機器、38・・・増幅回路、39・・復調器。
FIG. 1 is a front view showing a semiconductor laser device mounting structure already developed by the applicant, FIG. 2 is a perspective view showing a semiconductor laser device mounting structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 3(a), b) is an explanatory diagram showing the manufacturing method of the semiconductor laser element mounting structure, FIG. 4 is a partially cutaway plan view of a semiconductor device for optical communication according to another embodiment, and FIG. FIG. 6 is a sectional view of the bath 5 taken along the V-V line, and FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of incorporating the same into an optical communication system. 1. Sub mount, 2. Semiconductor laser element (chip), 3. Stem, 4. Solder material, 5. Metal layer, 6..
・Brazing material, 7... Gold piece, 8, 9... Wire, 10...
Mounting hole, 11... Optical waveguide, 12.13... Vacuum suction upper part, 14... Ring-shaped sealing wall, 15... Pedestal part, 1
6,1.7... Guide hole, 18... Optical fiber,
19...Fiber guide, 20...Silver wire, 21.
・Fixing material, 22...Monitor fiber, 23.24
...Lead, 25...Cap, 26...Laser diode device, 27...Optical communication device, 28...Substrate, 29...Thermoelectric cooling device, 30...Laser drive circuit, 31... ... Photosensor, 32 ... Peltier control circuit, 33 ... Modulator, 34 ... Analog signal,
35...Digital signal, 36...Receiver, 37...
Photoelectric equipment, 38...Amplification circuit, 39...Demodulator.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、発光半導体素子と、該発光半導体素子を支持する支
持体とを具備する発光半導体装置であって、前記支持体
主面の一部に、前記発光半導体素子が固定され、前記支
持体主面の他部に直接接触して、金属ワイヤがボンディ
ングされていることを特徴とする発光半導体装置。 2、支持体は、電気的絶縁材料よりなり、発光半導体素
子は半導体レーザー素子である特許請求の範囲第1項記
載の発光半導体装置。 3、発光半導体素子を支持するための支持体を、高融点
ソルダーを介してステムに固定する工程、前記支持体主
面の一部に発光半導体素子を低融点ソルダーを介して固
定する工程、前記支持体主面の他部に金属ワイヤをボン
ディングする工程、とを含むことを特徴とする発光半導
体装置の製造方法。
[Scope of Claims] 1. A light emitting semiconductor device comprising a light emitting semiconductor element and a support supporting the light emitting semiconductor element, wherein the light emitting semiconductor element is fixed to a part of the main surface of the support. . A light emitting semiconductor device, characterized in that a metal wire is bonded in direct contact with the other part of the main surface of the support. 2. The light emitting semiconductor device according to claim 1, wherein the support is made of an electrically insulating material, and the light emitting semiconductor element is a semiconductor laser element. 3. A step of fixing a support for supporting the light emitting semiconductor element to the stem via a high melting point solder; a step of fixing the light emitting semiconductor element to a part of the main surface of the support via a low melting point solder; 1. A method for manufacturing a light emitting semiconductor device, comprising the step of bonding a metal wire to the other portion of the main surface of the support.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS56100430A (en) * 1980-01-11 1981-08-12 Toshiba Corp Fixing method for power transistor to substrate
JPS57112085A (en) * 1980-12-29 1982-07-12 Fujitsu Ltd Photocoupler

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