JPS60186076A - 半導体発光装置 - Google Patents

半導体発光装置

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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。

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。
〔従来技術〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔発明の概要〕
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
〔発明の効果〕
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。
【図面の簡単な説明】
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)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP59041620A 1984-03-05 1984-03-05 半導体発光装置 Granted JPS60186076A (ja)

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