JPS60186076A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JPS60186076A JPS60186076A JP59041620A JP4162084A JPS60186076A JP S60186076 A JPS60186076 A JP S60186076A JP 59041620 A JP59041620 A JP 59041620A JP 4162084 A JP4162084 A JP 4162084A JP S60186076 A JPS60186076 A JP S60186076A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は高い信頼性を有する半導体発光装置に関するも
のである。
のである。
従来、半導体発光素子とし°ζ、発光領域となる活性層
が^11 GaAs系(三元系)結晶からなるレーザダ
イオード(以下、LDと記す)及び発光ダイオード(以
下、LEDと記す)と、活性層がInGaAsP系(四
元系)結晶からなるLD及びLEDが広く用いられてい
る。発光領域を形成するこれら三元系又は四元系の結晶
は、それぞれGaAs、 InP基板結晶上に成長され
ることが多く、各々の混晶比を変化させることにより、
三元系のものでは0.7〜0.9μm、四元系のもので
は1.1” 1.7μmの波長の光を発生可能で、それ
ぞれ短波長!、 D又はLED、長波長LD又はLED
と呼ばれて来た。
が^11 GaAs系(三元系)結晶からなるレーザダ
イオード(以下、LDと記す)及び発光ダイオード(以
下、LEDと記す)と、活性層がInGaAsP系(四
元系)結晶からなるLD及びLEDが広く用いられてい
る。発光領域を形成するこれら三元系又は四元系の結晶
は、それぞれGaAs、 InP基板結晶上に成長され
ることが多く、各々の混晶比を変化させることにより、
三元系のものでは0.7〜0.9μm、四元系のもので
は1.1” 1.7μmの波長の光を発生可能で、それ
ぞれ短波長!、 D又はLED、長波長LD又はLED
と呼ばれて来た。
なお、四元系結晶をGaAs基板上に成長させる場合は
波長0.7μm程度の短波長帯の光も先住可能であるが
、本発明では便宜上三元系を短波長、四元系を長波長と
同じ意味に用いることにする。
波長0.7μm程度の短波長帯の光も先住可能であるが
、本発明では便宜上三元系を短波長、四元系を長波長と
同じ意味に用いることにする。
一般に短波長素子及び長波長素子において、1、Dは通
常の動作時の発光面光パワー密度がLEDの500倍以
上である(LDは1.6X105”vV/cJLEDは
3X102 W/ctll程度)ので、I−1)はl2
EDに比較して劣化が速い。従ってLDの通電寿命又は
信頼性の改善はLEDに比して深刻な問題である。この
ため以降の記述では、まず■71)を例として説明を行
なう。
常の動作時の発光面光パワー密度がLEDの500倍以
上である(LDは1.6X105”vV/cJLEDは
3X102 W/ctll程度)ので、I−1)はl2
EDに比較して劣化が速い。従ってLDの通電寿命又は
信頼性の改善はLEDに比して深刻な問題である。この
ため以降の記述では、まず■71)を例として説明を行
なう。
LDの実使用条件は10〜50℃において、、CW3〜
5mW(片面出力)が一般的である。この条件でL D
を動作させたときの劣化モードは、まず短波長LDにお
いて明らかにされており、これによれば端卯劣化とD
L D (Dark Line’、Defect)との
2つが支配的であることがわかった。上記端面劣化は、
ヘキ開面が酸化するにつれしきい値電流111+がゆる
やかに増加し、それと共に動作電流lopもゆるやかに
増加する劣化モードであり、上記実使用条件での上記l
opの上昇率は1%/kllr(千時間)程度である。
5mW(片面出力)が一般的である。この条件でL D
を動作させたときの劣化モードは、まず短波長LDにお
いて明らかにされており、これによれば端卯劣化とD
L D (Dark Line’、Defect)との
2つが支配的であることがわかった。上記端面劣化は、
ヘキ開面が酸化するにつれしきい値電流111+がゆる
やかに増加し、それと共に動作電流lopもゆるやかに
増加する劣化モードであり、上記実使用条件での上記l
opの上昇率は1%/kllr(千時間)程度である。
一方、上記DLDはLDチップとヒートシンクとの熱膨
張の差によりチップに機械的歪が生じ、その結果活性領
域(ActiveRegion )に結晶欠陥が走るこ
とによる劣化である。この劣化が発生すると、lopは
突然上昇し、レーザ発振が停止することが多い。これら
の2つの劣化は動作雰囲気温度を上昇させ(例えば70
℃)、lopを大きくして行なう通電試験(温度加速試
験)では、より顕著に発生する。
張の差によりチップに機械的歪が生じ、その結果活性領
域(ActiveRegion )に結晶欠陥が走るこ
とによる劣化である。この劣化が発生すると、lopは
突然上昇し、レーザ発振が停止することが多い。これら
の2つの劣化は動作雰囲気温度を上昇させ(例えば70
℃)、lopを大きくして行なう通電試験(温度加速試
験)では、より顕著に発生する。
上記DLDを防止する方法としては、ヒートシンクの材
質、構造の最適化によるLDチップの機械的歪の低減が
行なわれて来た。また上記端面劣化を防止するには、L
D端面に5i3N4(窒化膜)等の保護膜を付け(パッ
シベーション)、かつパッケージ内の雰囲気ガスを窒素
等の不活性ガスにすることが行なわれている。このパッ
ケージ内雰囲気ガスを窒素ガスとするためには、L D
を窒素雰囲気ガス中でパッケージ内に気密封止すること
となる。
質、構造の最適化によるLDチップの機械的歪の低減が
行なわれて来た。また上記端面劣化を防止するには、L
D端面に5i3N4(窒化膜)等の保護膜を付け(パッ
シベーション)、かつパッケージ内の雰囲気ガスを窒素
等の不活性ガスにすることが行なわれている。このパッ
ケージ内雰囲気ガスを窒素ガスとするためには、L D
を窒素雰囲気ガス中でパッケージ内に気密封止すること
となる。
第1図は短波長LDにおいて、このようにパッケージ内
の雰囲気ガスを窒素ガスとした従来から用いられている
代表的な気密封止パンケージの断面構造を示す図である
6図においてIは1、Dチップ、2はヒートシンク、3
はリード線、4はヒートシンクがマウントされる円板状
のステム、4aは電極、5は雰囲気ガス(窒素)、6は
キャップである。そして8亥キヤンプ6にはLD出射光
1゜を取出すためのガラス窓7が設けられており、ガラ
ス板は封止用ガラス8でキャップ6に接着されている。
の雰囲気ガスを窒素ガスとした従来から用いられている
代表的な気密封止パンケージの断面構造を示す図である
6図においてIは1、Dチップ、2はヒートシンク、3
はリード線、4はヒートシンクがマウントされる円板状
のステム、4aは電極、5は雰囲気ガス(窒素)、6は
キャップである。そして8亥キヤンプ6にはLD出射光
1゜を取出すためのガラス窓7が設けられており、ガラ
ス板は封止用ガラス8でキャップ6に接着されている。
また、ステム4の一力の電極は封止用ガラス8で固定さ
れている。
れている。
このバ・7ケージの組立手順は次の通りである。
まずLDチップ1がハンダ付されたヒートシンク2を2
、テム4にマウントする。次に窒素ガス雰囲気中でキャ
ップ6をステム4に溶接する。この溶接工程をキャンピ
ングという。キャンピングが完全ならば、キャップ6と
ステム4自体はガスのリークがない構造となっているの
で、LDチップ1はパッケージ内の窒素雰囲気ガス中に
気密封止される。
、テム4にマウントする。次に窒素ガス雰囲気中でキャ
ップ6をステム4に溶接する。この溶接工程をキャンピ
ングという。キャンピングが完全ならば、キャップ6と
ステム4自体はガスのリークがない構造となっているの
で、LDチップ1はパッケージ内の窒素雰囲気ガス中に
気密封止される。
以上第1図に示すように気密封止されたパッケージ内に
マウントされたLDチップ1は、端面が空気(酸素)に
ふれないので端面劣化が防止できる上に、窒素ガス5の
露点が低い(−60℃程度)ので、低温でLDを動作さ
せても端面に水滴が付着することはなく、LDが異當動
作したり劣化したりすることがないという利点も有する
。
マウントされたLDチップ1は、端面が空気(酸素)に
ふれないので端面劣化が防止できる上に、窒素ガス5の
露点が低い(−60℃程度)ので、低温でLDを動作さ
せても端面に水滴が付着することはなく、LDが異當動
作したり劣化したりすることがないという利点も有する
。
以上、短波長LDにおける劣化の問題について説明した
が、次に長波長LDの劣化の問題について説明する。
が、次に長波長LDの劣化の問題について説明する。
長波長LDが開発され、実使用条件で安定動作可能とな
ったのは、短波長LDの主要な劣化モードが明らかにさ
れた以降のことであり、このため長波長LDに対しても
短波長り、Dと同様、端面劣化、DLD等の劣化が発生
するものと考えられていた。しかし、長波長LDでは上
記実使用条件程度のレベルでは端面酸化、DLDともほ
とんど発生しないことがわかった。これは四元系結晶が
三元系結晶程遠くは酸素と反応しないこと、及び四元系
結晶は三元系結晶に比べて軟らかく機械的歪の影響が少
ないことによる。
ったのは、短波長LDの主要な劣化モードが明らかにさ
れた以降のことであり、このため長波長LDに対しても
短波長り、Dと同様、端面劣化、DLD等の劣化が発生
するものと考えられていた。しかし、長波長LDでは上
記実使用条件程度のレベルでは端面酸化、DLDともほ
とんど発生しないことがわかった。これは四元系結晶が
三元系結晶程遠くは酸素と反応しないこと、及び四元系
結晶は三元系結晶に比べて軟らかく機械的歪の影響が少
ないことによる。
一方、長波長LDの実使用に際しても短波長[5Dの場
合と同様露点を下げる必要がある。このため長波長LD
は、第1図の場合と同様窒素雰囲気ガス中で気密封止さ
れたパッケージ内に発光素子をマウントして使用されて
来た。第1図のLDチップ1を長波長LDチップに置換
えれば、長波長LDの代表的な気密封止パンケージとし
て第1図に示すものと同種のものが得られる。
合と同様露点を下げる必要がある。このため長波長LD
は、第1図の場合と同様窒素雰囲気ガス中で気密封止さ
れたパッケージ内に発光素子をマウントして使用されて
来た。第1図のLDチップ1を長波長LDチップに置換
えれば、長波長LDの代表的な気密封止パンケージとし
て第1図に示すものと同種のものが得られる。
以上、結局のところ長波長LDにおいても短波長LDと
同種の気密封止パンケージが用いられ、長波長LDにお
いてもパッケージ内の不活性ガス(窒素)は端面酸化防
止、露点を下げる等の利点をもたらす。
同種の気密封止パンケージが用いられ、長波長LDにお
いてもパッケージ内の不活性ガス(窒素)は端面酸化防
止、露点を下げる等の利点をもたらす。
ところが、窒素ガスで気密封止されたパッケージ内にマ
ウントされた長波長LDにおいては、上述した端面酸化
、DLD等とは別の劣化モードが存在することがわかっ
た。以下InP基板上にInGa八sPへ埋め込んだI
nGaAsP /InP B CL D (Burie
dCrescent L D )を例としてこの劣化を
説明する。
ウントされた長波長LDにおいては、上述した端面酸化
、DLD等とは別の劣化モードが存在することがわかっ
た。以下InP基板上にInGa八sPへ埋め込んだI
nGaAsP /InP B CL D (Burie
dCrescent L D )を例としてこの劣化を
説明する。
気密封止パッケージ内の雰囲気ガスを窒素としてBCL
Dの100℃、200mA1!If電試験を行なうと、
LDのしきい値電流1thは上昇し、順方向電圧■F(
順方向電流IP=1mAとする)は減少する。
Dの100℃、200mA1!If電試験を行なうと、
LDのしきい値電流1thは上昇し、順方向電圧■F(
順方向電流IP=1mAとする)は減少する。
100℃、200mAという試験条件は実使用よりきつ
い条件であり、BCLDはこの条件ではcwレーザ発振
はしないので、この1fff電をELモード(Elec
tro−LuminescenL Mode)通電と呼
ぶ。
い条件であり、BCLDはこの条件ではcwレーザ発振
はしないので、この1fff電をELモード(Elec
tro−LuminescenL Mode)通電と呼
ぶ。
第2図(al (blは、それぞれ室温におけるELモ
ード通電によるItb、VFの変動を示す図である。
ード通電によるItb、VFの変動を示す図である。
同図(al 、 (blにおいて、AI、Blは空気中
において、キャッピングしない状態で20時間のELモ
ード通電を行なった後、窒素雰囲気ガス中でキャッピン
グし、さらにELモード通電を行なった場合の1th、
VFの変化を示す特性曲線である。同図からキャンピン
グ後、1th上昇率、VFM少率が急に大きくなってい
ることがわかる。即ち窒素雰囲気ガス中ではB’CLD
は劣化する。
において、キャッピングしない状態で20時間のELモ
ード通電を行なった後、窒素雰囲気ガス中でキャッピン
グし、さらにELモード通電を行なった場合の1th、
VFの変化を示す特性曲線である。同図からキャンピン
グ後、1th上昇率、VFM少率が急に大きくなってい
ることがわかる。即ち窒素雰囲気ガス中ではB’CLD
は劣化する。
この劣化のメカニズムは目下のところ不明であるが、窒
素雰囲気ガス中での劣化であることから酸化が主要原因
であるとは考えにくい。窒素が不活性であるが故にEL
モード1ffl電中にLリチン1表面に酸化膜とは別の
変質層が形成され、そのため徐々にリーク電流が増加す
るものと推定される。
素雰囲気ガス中での劣化であることから酸化が主要原因
であるとは考えにくい。窒素が不活性であるが故にEL
モード1ffl電中にLリチン1表面に酸化膜とは別の
変質層が形成され、そのため徐々にリーク電流が増加す
るものと推定される。
VFが減少しIthが上昇していることからこのように
考えられる。ELモード通電におい′ζは、上記劣化の
有無は数時間で判明するが、LDの実使用条件、例えば
50°C,5mWあるいはもっときつい条件である70
℃、5mWレヘルでは、動作電流fopは70〜100
mAであり、上記劣化は数百〜千時間で次第に認められ
るようになる。
考えられる。ELモード通電におい′ζは、上記劣化の
有無は数時間で判明するが、LDの実使用条件、例えば
50°C,5mWあるいはもっときつい条件である70
℃、5mWレヘルでは、動作電流fopは70〜100
mAであり、上記劣化は数百〜千時間で次第に認められ
るようになる。
このように、窒素ガスで気密封止されたパッケージ内に
マウントされた長波長L Dにおいては、短波長LDの
場合と同様端面酸化、DLDによる劣化の問題は防止で
きるが、これらの劣化とは別の劣化が住しるという問題
があった。
マウントされた長波長L Dにおいては、短波長LDの
場合と同様端面酸化、DLDによる劣化の問題は防止で
きるが、これらの劣化とは別の劣化が住しるという問題
があった。
本発明は、以上述べた長波長LDの窒素雰囲気ガス中に
おける劣化の問題に鑑みてなされたもので、活性領域が
InGaAsP結晶からなる半導体発光素子を気密封止
されたパッケージ内にマウントしてなる半導体発光装置
において、パッケージ内の雰囲気ガスを酸素を含む気体
とすることにより、上記劣化を改善して信頼性を向上で
きる半導体発光装置を提供することを目的としている。
おける劣化の問題に鑑みてなされたもので、活性領域が
InGaAsP結晶からなる半導体発光素子を気密封止
されたパッケージ内にマウントしてなる半導体発光装置
において、パッケージ内の雰囲気ガスを酸素を含む気体
とすることにより、上記劣化を改善して信頼性を向上で
きる半導体発光装置を提供することを目的としている。
C発明の実施例〕
以下本発明の実施例を図について説明する。
本実施例では、BCLDを例として説明する。
本発明の一実施例による半導体発光装置は、第1図にお
いて、気密封止パンケージ内の雰囲気ガス5を乾燥空気
としたものである。
いて、気密封止パンケージ内の雰囲気ガス5を乾燥空気
としたものである。
次に第2図+81 (blについて本実施例による劣化
の改善効果を説明する。同図(Ml、 (blにおいて
A2゜B2は上記従来のものと同一ウェハのB CL、
Dに対し、空気中においてキャッピングしていない状
態で20時間ELモード通電を行った後、乾燥空気雰囲
気中でキャッピングし、さらにE Lモード通電を行な
った場合のILh、VFの変化を示す特性曲線である。
の改善効果を説明する。同図(Ml、 (blにおいて
A2゜B2は上記従来のものと同一ウェハのB CL、
Dに対し、空気中においてキャッピングしていない状
態で20時間ELモード通電を行った後、乾燥空気雰囲
気中でキャッピングし、さらにE Lモード通電を行な
った場合のILh、VFの変化を示す特性曲線である。
同図から明らかなように、本実施例の半導体装置では、
キャッピング後も[Lh、VFが目立って変化すること
はないことがわかる。
キャッピング後も[Lh、VFが目立って変化すること
はないことがわかる。
ここで乾燥空気封入によって上記従来の劣化が改善され
る理由は不明であるが、該乾燥空気中の酸素の影響でL
Dチップ表面に酸化膜が形成され、それがリーク電流の
増加を妨げる方向に作用するものと推定される。なお、
乾燥空気の露点は窒素と同程度である。
る理由は不明であるが、該乾燥空気中の酸素の影響でL
Dチップ表面に酸化膜が形成され、それがリーク電流の
増加を妨げる方向に作用するものと推定される。なお、
乾燥空気の露点は窒素と同程度である。
以上本実施例の半導体発光装置では、パッケージ内雰囲
気ガス5を乾燥空気としたので、露点を上昇させること
はなく、劣化改善が可能であり、実用に適したLDパン
ケージが得られる。また、乾燥空気は窒素に比べて安価
であるので、パノヶ−ジが安価にできるという経済的幼
果も有する。
気ガス5を乾燥空気としたので、露点を上昇させること
はなく、劣化改善が可能であり、実用に適したLDパン
ケージが得られる。また、乾燥空気は窒素に比べて安価
であるので、パノヶ−ジが安価にできるという経済的幼
果も有する。
なお、上記実施例においては、パッケージ内雰囲気ガス
5を乾燥空気とした場合について説明したが、劣化改善
に酸素が関与していると考えられることから、乾燥空気
の代りに酸素を用いてもよい。また以上の説明では長波
長LDの場合を例にとって説明を行なって来たが、同様
にInGaAsPの材料で作られる長波長LEDにおい
てもパンケージ内雰囲気ガスを乾燥空気又はrII素と
することにより、同様の劣化防止が可能となる。
5を乾燥空気とした場合について説明したが、劣化改善
に酸素が関与していると考えられることから、乾燥空気
の代りに酸素を用いてもよい。また以上の説明では長波
長LDの場合を例にとって説明を行なって来たが、同様
にInGaAsPの材料で作られる長波長LEDにおい
てもパンケージ内雰囲気ガスを乾燥空気又はrII素と
することにより、同様の劣化防止が可能となる。
以上のように本発明によれば、活性領域がInGaAs
P結晶からなる半導体発光素子を気密封止されたパッケ
ージ内にマウントしてなる半導体発光装置において、パ
ッケージ内の雰囲気ガスを酸素を含む気体としたので、
従来の窒素雰囲気ガス中での発光素子の劣化を改善でき
、信頼性を大きく向上できる効果がある。
P結晶からなる半導体発光素子を気密封止されたパッケ
ージ内にマウントしてなる半導体発光装置において、パ
ッケージ内の雰囲気ガスを酸素を含む気体としたので、
従来の窒素雰囲気ガス中での発光素子の劣化を改善でき
、信頼性を大きく向上できる効果がある。
第1図は従来及び本発明の一実施例による気密封止パッ
ケージの断面図、第2図は上記実施例の劣化改善効果を
説明するための図で、第2図ta+はELモード通電時
間・しきい値電流特性図、第2図(blはELモード通
電時間・順方向電圧特性図である。 1・・・半導体発光素子、5・・・パッケージ内雰囲気
ガス(乾燥空気)。 代理人 大 岩 増 雄 第1図 第2図 (C1) EL E−1”通’tin間(Hr)
ケージの断面図、第2図は上記実施例の劣化改善効果を
説明するための図で、第2図ta+はELモード通電時
間・しきい値電流特性図、第2図(blはELモード通
電時間・順方向電圧特性図である。 1・・・半導体発光素子、5・・・パッケージ内雰囲気
ガス(乾燥空気)。 代理人 大 岩 増 雄 第1図 第2図 (C1) EL E−1”通’tin間(Hr)
Claims (1)
- (11気密封止されたパッケージ内に活性領域がInG
aAsP結晶からなる半導体発光素子をマウントしてな
る半導体発光装置において、上記パッケージ内雰囲気ガ
スを酸素を含む気体としたことを特徴とする半導体発光
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59041620A JPS60186076A (ja) | 1984-03-05 | 1984-03-05 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP59041620A JPS60186076A (ja) | 1984-03-05 | 1984-03-05 | 半導体発光装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60186076A true JPS60186076A (ja) | 1985-09-21 |
JPH046114B2 JPH046114B2 (ja) | 1992-02-04 |
Family
ID=12613376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59041620A Granted JPS60186076A (ja) | 1984-03-05 | 1984-03-05 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60186076A (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1984
- 1984-03-05 JP JP59041620A patent/JPS60186076A/ja active Granted
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US10281102B2 (en) | 2010-10-29 | 2019-05-07 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting device, vehicle headlamp, illumination device, and laser element |
US10465873B2 (en) | 2010-10-29 | 2019-11-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting device, vehicle headlamp, illumination device, and laser element |
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH046114B2 (ja) | 1992-02-04 |
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