JPS61251120A - 化合物半導体基板 - Google Patents
化合物半導体基板Info
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- JPS61251120A JPS61251120A JP60092715A JP9271585A JPS61251120A JP S61251120 A JPS61251120 A JP S61251120A JP 60092715 A JP60092715 A JP 60092715A JP 9271585 A JP9271585 A JP 9271585A JP S61251120 A JPS61251120 A JP S61251120A
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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】
１１よΩμ月歴！
本発明は化合物半導体基板に関し、特にＧａＡｓなどの
化合物半導体基板の放熱特性の改良に関するものである
。 従来の技術 ＩＣなどの半導体素子は高集積化とともに高速化、高周
波数化が叫ばれているが、高速・高周波素子に適する半
導体は、電子の移動度が大きく、また飽和ドリフト速度
が大きいことが要求され、その代表としてＧａＡｓなど
の化合物半導体がある。 そこで、ＧａＡｓ、 ＩｎＰなどの化合物半導体を用い
たマイクロ波用ＦＥＴや半導体レーザーおよびその他の
半導体素子の開発が盛んに進められているが、この高速
・高周波素子では特に単位体積当りの消費電力が大きく
、素子の発熱密度は非常に高いものとなっている。発熱
量が大きくなって素子の温度が上昇すると、能動素子の
場合には動作点がずれたり、受動素子の場合には定数が
変化して、種々の特性が劣化し、しいては動作不能とな
ってしまうので、素子の熱対策はその信頼性において極
めて重要なものとなっている。 従来、ＩＣやＬＳＩなど半導体素子で発生した熱は主に
チップからパッケージに伝導し、そこから空中に放出し
たり配線を通して放熱したりしていたが、特に発熱量の
大きな場合には放熱対策として放熱フィンを設けたり強
制水冷を施していた。 また、限られた部分から大きな熱が発生する場合には、
熱伝導性の優れたダイヤモンドのヒートシンクが用いら
れることがある。例えば、半導体レーザーを室温で連続
発振させるためには熱放散を良くすることが必要となり
、通常、レーザーチップがＩｎ、 Ｓｎ等の低融点金属
やＰｂ−５ｎＳＡｕ−３ｎ。 Ａｕ−３ｉ等のボンディングハンダを用いた融着法によ
りダイヤモンドヒートシンク上にマウントされて、チッ
プ内で発生した熱がダイヤモンドヒートシンクを介して
放熱される。 発Ｉが解決しようとする問題点 しかしながら、放熱フィンや強制水冷による放熱では装
置が大型かつ複雑になるばかりでなくコストが高くなる
という問題がある。 また、ダイヤモンドヒートシンクは３次元的な熱の放散
を行なって放熱性を高めるために、通常厚さ０．２ｍｍ
程度以上の板状をなすことが必要である。しかしながら
、ダイヤモンドをこのような形状に加工するには極めて
コストが高くなるとともに、天然ダイヤモンドの産出が
著しく少ない。さらに高温・高圧下の温度勾配による炭
素の溶媒金属への溶解度差を利用して結晶を析出させる
従来の人工ダイヤモンド製造法では微細な結晶しか得ら
れないので、ヒートシンクの大きさが限定され、ごく限
られた素子にしかダイヤモンドヒートシンクを使用する
ことができなかった。また、ヒートシンクとして用いら
れるダイヤモンドは非常に優れた熱伝導性を示すが、チ
ップをヒートシンク上にボンディングするために用いら
れる低融点金属やハンダ合金は熱伝導率が低く、チップ
で発生した熱はこれら金属を通らなければヒートシンク
に伝導されないので、ダイヤモンドの高い熱伝導性が最
大限には活用されていなかった。 以上の如く、従来の化合物半導体装置は、その化合物半
導体の高い電子移動度を活かすように効率的に放熱でき
、且つ小型で安価な放熱手段がなかった。 かくして本発明の目的は、内部で発生した熱を良好に放
散でき、小型で安価な半導体素子を実現することができ
る化合物半導体基板を提供することにある。 問題点を解決するための手段 本発明の化合物半導体基板は、化合物半導体層からなる
基板母体あるいは化合物半導体層の上に金属層が形成さ
れてなる基板母体と、この基板母体の上に形成されたダ
イヤモンド膜とを有している。また、本発明の好ましい
態様においては、ダイヤモンド膜が気相合成法によって
形成され、その厚さが５０μｍ以上ある。さらに基板母
体の金属層がＷからなっている。 立亙 ダイヤモンドは他の非金属物質および金属物質よりも高
い熱伝導率を有するので、放熱材料としては最適である
。しかも、気相合成法によってダイヤモンドを基板母体
に堆積させれば、基板母体全面に直接ダイヤモンドを成
長させることができる。従って、ダイヤモンド膜とは反
対側の化合物半導体基板上に素子を構成すると、この素
子で発生した熱は基板母体を介してダイヤモンド膜に伝
導した後、極めて速くパッケージに放散される。 さらに、気相合成法でダイヤモンド膜を形成すれば、ダ
イヤモンド膜の形状あ自由度が高く、ダイヤモンドの加
工がほとんど不要となるので、従来のダイヤモンドヒー
トシンクに比べて非常にコストが低くなる。 また、一般に半導体素子では半導体基板の裏面上に電極
金属層が設けられることが多いが、ダイヤモンド膜をこ
の電極金属層の上に形成しても本発明の効果が損なわれ
るものではない。 また、ダイヤモンド膜はある程度以上の厚さがないと良
好な三次元的熱放散が行なわれないので、少なくとも５
０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上の厚さであるこ
とが望まれる。 １１！ 以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明
する。 第１図は本発明によるＧａＡｓ基板を用いた半導体レー
ザーの断面図である。この半導体レーザーは次のように
して形成された。まず、ｎ −ＧａＡｓ基板１の上に電
極用のＷ層２を蒸着法によって形成し、さらにこのＷ層
２の上にプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜３を厚
さ３００μｍだけ堆積した。 このときプラズマＣＶＤ法は、周波数１３．５６ Ｍｔ
ｌｚの高周波電源を用い、原料としてＣＨ，、Ｈ２を各
々Ｌ１００ｃａｆ／分の流量で流し、圧力３０Ｔｏｒｒ
で３６０時間の処理を行なった。次に、この積層体を一
辺０．３ｍｍの正方形状に切断した後、Ｗ層２およびダ
イヤモンド膜３が形成されたｎ−ＧａＡｓ基板ｌ基板色
は反対側にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４ 、ＧａＡｓ
活性層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６、ｐ−ＧａＡ
ｓ＋ クラッド層７を順次ＭＯＣＶＤ法で積層し、さら
にその上にＡｕ−Ｃｒ電極層８を蒸着法によって形成し
てダブルへテロ接合構造の半導体レーザーを構成した。 この半導体レーザーを１５ｍＷの出力で動作させたとこ
ろ、２時間の連続動作後も何ら問題はなく正常に動作を
続けることができた。なお、本実施例におけるダイヤモ
ンド膜３やダイヤモンドヒートシンク等の熱対策を施さ
ない従来のＧａＡｓ半導体レーザーでは１５ｍＷの出力
で約３分開動作させると素子温度が上昇して動作不能と
なる。従って、本実施例の半導体レーザーでは非常に効
率よく熱放散されていることが、わかる。 なお、本実施例ではダイヤモンド膜３をプラズマＣＶＤ
法で形成したが、ＣＶＤ法あるいはイオンビーム蒸着法
でもよい。 また、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４ないしｐ −Ｇａ
Ａｓコンタクト層７の形成方法は液相エピタキシャル法
あるいは分子線エピタキシャル法でもよく、さらにＷ電
極層２およびＡｕ−Ｃｒ電極層８はスパッタ法、イオン
ブレーティング法あるいはＣＶＤ法でも形成できる。 また、電極層２の材料としてはＷの他、ＴｉおよびＴａ
等を用いてもよい。 さらに、本発明のＧａＡｓ基板は半導体レーザー用に限
るものではなく、マイクロ波用デバイスおよびその他の
半導体素子やハイブリッドＩＣおよびハイブリッドＬＳ
Ｉ等の基板にも適用できる。また、本発明は、ＧａＡｓ
基板だけでなく、ＩｎＰ基板などのほかの化合物半導体
基板にも適用できる。 名Ｕ文呈 以上説明したように本発明によれば、大型あるいは複雑
になることなく、シかも低コストで半導体素子の熱放散
を行なうことができる。従って、本発明はますます高速
化、高周波数化および高集積化が進む化合物半導体素子
の熱対策に極めて有用なものとなる。
化合物半導体基板の放熱特性の改良に関するものである
。 従来の技術 ＩＣなどの半導体素子は高集積化とともに高速化、高周
波数化が叫ばれているが、高速・高周波素子に適する半
導体は、電子の移動度が大きく、また飽和ドリフト速度
が大きいことが要求され、その代表としてＧａＡｓなど
の化合物半導体がある。 そこで、ＧａＡｓ、 ＩｎＰなどの化合物半導体を用い
たマイクロ波用ＦＥＴや半導体レーザーおよびその他の
半導体素子の開発が盛んに進められているが、この高速
・高周波素子では特に単位体積当りの消費電力が大きく
、素子の発熱密度は非常に高いものとなっている。発熱
量が大きくなって素子の温度が上昇すると、能動素子の
場合には動作点がずれたり、受動素子の場合には定数が
変化して、種々の特性が劣化し、しいては動作不能とな
ってしまうので、素子の熱対策はその信頼性において極
めて重要なものとなっている。 従来、ＩＣやＬＳＩなど半導体素子で発生した熱は主に
チップからパッケージに伝導し、そこから空中に放出し
たり配線を通して放熱したりしていたが、特に発熱量の
大きな場合には放熱対策として放熱フィンを設けたり強
制水冷を施していた。 また、限られた部分から大きな熱が発生する場合には、
熱伝導性の優れたダイヤモンドのヒートシンクが用いら
れることがある。例えば、半導体レーザーを室温で連続
発振させるためには熱放散を良くすることが必要となり
、通常、レーザーチップがＩｎ、 Ｓｎ等の低融点金属
やＰｂ−５ｎＳＡｕ−３ｎ。 Ａｕ−３ｉ等のボンディングハンダを用いた融着法によ
りダイヤモンドヒートシンク上にマウントされて、チッ
プ内で発生した熱がダイヤモンドヒートシンクを介して
放熱される。 発Ｉが解決しようとする問題点 しかしながら、放熱フィンや強制水冷による放熱では装
置が大型かつ複雑になるばかりでなくコストが高くなる
という問題がある。 また、ダイヤモンドヒートシンクは３次元的な熱の放散
を行なって放熱性を高めるために、通常厚さ０．２ｍｍ
程度以上の板状をなすことが必要である。しかしながら
、ダイヤモンドをこのような形状に加工するには極めて
コストが高くなるとともに、天然ダイヤモンドの産出が
著しく少ない。さらに高温・高圧下の温度勾配による炭
素の溶媒金属への溶解度差を利用して結晶を析出させる
従来の人工ダイヤモンド製造法では微細な結晶しか得ら
れないので、ヒートシンクの大きさが限定され、ごく限
られた素子にしかダイヤモンドヒートシンクを使用する
ことができなかった。また、ヒートシンクとして用いら
れるダイヤモンドは非常に優れた熱伝導性を示すが、チ
ップをヒートシンク上にボンディングするために用いら
れる低融点金属やハンダ合金は熱伝導率が低く、チップ
で発生した熱はこれら金属を通らなければヒートシンク
に伝導されないので、ダイヤモンドの高い熱伝導性が最
大限には活用されていなかった。 以上の如く、従来の化合物半導体装置は、その化合物半
導体の高い電子移動度を活かすように効率的に放熱でき
、且つ小型で安価な放熱手段がなかった。 かくして本発明の目的は、内部で発生した熱を良好に放
散でき、小型で安価な半導体素子を実現することができ
る化合物半導体基板を提供することにある。 問題点を解決するための手段 本発明の化合物半導体基板は、化合物半導体層からなる
基板母体あるいは化合物半導体層の上に金属層が形成さ
れてなる基板母体と、この基板母体の上に形成されたダ
イヤモンド膜とを有している。また、本発明の好ましい
態様においては、ダイヤモンド膜が気相合成法によって
形成され、その厚さが５０μｍ以上ある。さらに基板母
体の金属層がＷからなっている。 立亙 ダイヤモンドは他の非金属物質および金属物質よりも高
い熱伝導率を有するので、放熱材料としては最適である
。しかも、気相合成法によってダイヤモンドを基板母体
に堆積させれば、基板母体全面に直接ダイヤモンドを成
長させることができる。従って、ダイヤモンド膜とは反
対側の化合物半導体基板上に素子を構成すると、この素
子で発生した熱は基板母体を介してダイヤモンド膜に伝
導した後、極めて速くパッケージに放散される。 さらに、気相合成法でダイヤモンド膜を形成すれば、ダ
イヤモンド膜の形状あ自由度が高く、ダイヤモンドの加
工がほとんど不要となるので、従来のダイヤモンドヒー
トシンクに比べて非常にコストが低くなる。 また、一般に半導体素子では半導体基板の裏面上に電極
金属層が設けられることが多いが、ダイヤモンド膜をこ
の電極金属層の上に形成しても本発明の効果が損なわれ
るものではない。 また、ダイヤモンド膜はある程度以上の厚さがないと良
好な三次元的熱放散が行なわれないので、少なくとも５
０μｍ以上、好ましくは１００μｍ以上の厚さであるこ
とが望まれる。 １１！ 以下、本発明の実施例について添付図面を参照して説明
する。 第１図は本発明によるＧａＡｓ基板を用いた半導体レー
ザーの断面図である。この半導体レーザーは次のように
して形成された。まず、ｎ −ＧａＡｓ基板１の上に電
極用のＷ層２を蒸着法によって形成し、さらにこのＷ層
２の上にプラズマＣＶＤ法によりダイヤモンド膜３を厚
さ３００μｍだけ堆積した。 このときプラズマＣＶＤ法は、周波数１３．５６ Ｍｔ
ｌｚの高周波電源を用い、原料としてＣＨ，、Ｈ２を各
々Ｌ１００ｃａｆ／分の流量で流し、圧力３０Ｔｏｒｒ
で３６０時間の処理を行なった。次に、この積層体を一
辺０．３ｍｍの正方形状に切断した後、Ｗ層２およびダ
イヤモンド膜３が形成されたｎ−ＧａＡｓ基板ｌ基板色
は反対側にｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４ 、ＧａＡｓ
活性層５、ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層６、ｐ−ＧａＡ
ｓ＋ クラッド層７を順次ＭＯＣＶＤ法で積層し、さら
にその上にＡｕ−Ｃｒ電極層８を蒸着法によって形成し
てダブルへテロ接合構造の半導体レーザーを構成した。 この半導体レーザーを１５ｍＷの出力で動作させたとこ
ろ、２時間の連続動作後も何ら問題はなく正常に動作を
続けることができた。なお、本実施例におけるダイヤモ
ンド膜３やダイヤモンドヒートシンク等の熱対策を施さ
ない従来のＧａＡｓ半導体レーザーでは１５ｍＷの出力
で約３分開動作させると素子温度が上昇して動作不能と
なる。従って、本実施例の半導体レーザーでは非常に効
率よく熱放散されていることが、わかる。 なお、本実施例ではダイヤモンド膜３をプラズマＣＶＤ
法で形成したが、ＣＶＤ法あるいはイオンビーム蒸着法
でもよい。 また、ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層４ないしｐ −Ｇａ
Ａｓコンタクト層７の形成方法は液相エピタキシャル法
あるいは分子線エピタキシャル法でもよく、さらにＷ電
極層２およびＡｕ−Ｃｒ電極層８はスパッタ法、イオン
ブレーティング法あるいはＣＶＤ法でも形成できる。 また、電極層２の材料としてはＷの他、ＴｉおよびＴａ
等を用いてもよい。 さらに、本発明のＧａＡｓ基板は半導体レーザー用に限
るものではなく、マイクロ波用デバイスおよびその他の
半導体素子やハイブリッドＩＣおよびハイブリッドＬＳ
Ｉ等の基板にも適用できる。また、本発明は、ＧａＡｓ
基板だけでなく、ＩｎＰ基板などのほかの化合物半導体
基板にも適用できる。 名Ｕ文呈 以上説明したように本発明によれば、大型あるいは複雑
になることなく、シかも低コストで半導体素子の熱放散
を行なうことができる。従って、本発明はますます高速
化、高周波数化および高集積化が進む化合物半導体素子
の熱対策に極めて有用なものとなる。
第１図は本発明の一実施例に係るＧａＡｓ基板を用いた
半導体レーザーの断面図である。 （主な参照番号） １・・ｎ−ＧａＡｓ基板、 ２・・Ｗ電極層、３・・ダ
イヤモンド膜、 ４−− ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５・・ＧａＡｓ
活性層、 ５ ・・ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、７・・ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層、 ８・・Ａｕ−Ｃｒ電極層
半導体レーザーの断面図である。 （主な参照番号） １・・ｎ−ＧａＡｓ基板、 ２・・Ｗ電極層、３・・ダ
イヤモンド膜、 ４−− ｎ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、５・・ＧａＡｓ
活性層、 ５ ・・ｐ−ＡｌＧａＡｓクラッド層、７・・ｐ−Ｇａ
Ａｓコンタクト層、 ８・・Ａｕ−Ｃｒ電極層
Claims (4)
- （１）化合物半導体層からなるかあるいは化合物半導体
層の上に金属層が形成されてなる基板母体と、該基板母
体の表面上に成長形成されたダイヤモンド膜とを有する
ことを特徴とする化合物半導体基板。 - （２）前記ダイヤモンド膜の厚さが５０μｍ以上である
ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の基板
。 - （３）前記ダイヤモンド膜が気相合成法によって形成さ
れることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
項に記載の基板。 - （４）前記化合物半導体はＧａＡｓである特許請求の範
囲第１項ないし第３項のうちいずれか１項に記載の基板
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60092715A JPH069188B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | 化合物半導体基板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60092715A JPH069188B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | 化合物半導体基板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61251120A true JPS61251120A (ja) | 1986-11-08 |
| JPH069188B2 JPH069188B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=14062151
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60092715A Expired - Fee Related JPH069188B2 (ja) | 1985-04-30 | 1985-04-30 | 化合物半導体基板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH069188B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0317124A2 (en) * | 1987-11-16 | 1989-05-24 | Crystallume | Silicon on insulator semiconductor components containing thin synthetic diamond films |
| US4863529A (en) * | 1987-03-12 | 1989-09-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Thin film single crystal diamond substrate |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53118469U (ja) * | 1977-02-28 | 1978-09-20 | ||
| JPS53118470U (ja) * | 1977-02-28 | 1978-09-20 | ||
| JPS53136013A (en) * | 1977-05-04 | 1978-11-28 | Sumitomo Electric Industries | Sintered material for heat sink and method of its manufacture |
| JPS58147087A (ja) * | 1982-02-25 | 1983-09-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体素子用ヒ−トシンク |
| JPS602858U (ja) * | 1983-06-20 | 1985-01-10 | 三洋電機株式会社 | ヒ−トシンクの電極 |
| JPS6012747U (ja) * | 1983-07-05 | 1985-01-28 | 日産自動車株式会社 | 車両用ベルト使用限界予告装置 |
| JPS60192326A (ja) * | 1984-03-14 | 1985-09-30 | Citizen Watch Co Ltd | ダイヤモンド膜の形成方法 |
-
1985
- 1985-04-30 JP JP60092715A patent/JPH069188B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53118469U (ja) * | 1977-02-28 | 1978-09-20 | ||
| JPS53118470U (ja) * | 1977-02-28 | 1978-09-20 | ||
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|---|---|---|---|---|
| US4863529A (en) * | 1987-03-12 | 1989-09-05 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Thin film single crystal diamond substrate |
| EP0317124A2 (en) * | 1987-11-16 | 1989-05-24 | Crystallume | Silicon on insulator semiconductor components containing thin synthetic diamond films |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH069188B2 (ja) | 1994-02-02 |
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