JPS615593A - 発光電子装置およびその製造方法 - Google Patents

発光電子装置およびその製造方法

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JPS615593A
JPS615593A JP59125161A JP12516184A JPS615593A JP S615593 A JPS615593 A JP S615593A JP 59125161 A JP59125161 A JP 59125161A JP 12516184 A JP12516184 A JP 12516184A JP S615593 A JPS615593 A JP S615593A
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JP
Japan
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submount
laser
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JP59125161A
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English (en)
Inventor
Masamichi Kobayashi
正道 小林
Chiyoko Hotsuchi
発地 千代子
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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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
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0235Method for mounting laser chips
    • H01S5/02355Fixing laser chips on mounts
    • H01S5/0237Fixing laser chips on mounts by soldering
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
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    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16152Cap comprising a cavity for hosting the device, e.g. U-shaped cap
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191Disposition
    • H01L2924/19101Disposition of discrete passive components
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022Mountings; Housings
    • H01S5/0233Mounting configuration of 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】 〔技術分野〕 本発明は発光電子装置、たとえば、端面の共振器端面か
らレーザ光を発光(出射)する、半導体レーザ素子(レ
ーザチップ)、あるいは半導体レーザ部を有する集積化
光デバイス(OEIC)等のチップを組み込んだ発光電
子装置およびその製造方法に関する。
〔背景技術〕
光通信用晃源あるいはディジタルオーディオディスク、
ビデオディスク等の情報処理装置用光源として、各種構
造の半導体レーザ素子が開発されている。たとえば、デ
ィジタルオーディオディスク。
ビデオディスク等の情報処理装置用光源については、日
経エレクトロニクス、1981年、9月14日号、13
8〜151頁における伏木、西村による″オーディオ・
ディスクの要求に応える半導体レーザー″と題する文献
において論じられている。また、本出願人は、たとえば
、日立評論。
Vol、 65’、 10 (19’83年)、39〜
48頁における平尾、相木等による″光通信用半導体し
−ザ″および″情報処理用半導体レーザ″にも記載され
ているように、光通信・情報処理用半導体レーザ素子を
開発している。
一方、前記文献に記載されているように1発光素子とし
ての半導体レーザ素子(以下、単にレーザチップとも称
する。)は、シリコン(Si)。
銅(Cu) 、、シリコンカーバイト(SiC) 等の
サブマウントの主面に、Au−8n系、Au−8i系の
高融点鑞材あるいはIn鑞材を介して固定(ボンディン
グ)されているが、そのボンディング性の良否は発光電
子装置の信頼度の良否および製造歩留りに大きく影響す
る。
ところで、本出願人にあって、レーザチップのサブマウ
ントに対する固定は、鉛(pb)、錫(Sn)からなる
半田(ソルダ)を用いている。
この場合、サブマウントの取付面(主面)には、密着促
進層となるクロム(Cr)層およびこのクロム層の酸化
を防止する金(A u )層があらかじめ蒸着によって
形成されている。そして、レーザチップの固定にあって
は、レーザチップは前記サブマウント上に載置さ−れ、
その後の半田の一時的溶融によってサブマウントに固定
される。
しかし、この固定技術は、厚さ数千へのAu層の厚さが
ばらついて、Au層が製造仕様よりも薄くなりすぎたり
すると、Au層のAuが半田中に溶け込ん・でAu層が
消失し、半田との濡れ性が良好であるとは言えないCr
が露出し、直接半田と接触する結果、半田の濡れ性が悪
くなり、歩留り低下が生じ易くなるということが本発明
者によって明らかとされた。
一方、本発明者は前記技術において、Au層の厚さをた
とえば、1μm程度と厚くして、半田の濡れ性を向上さ
せることを考えたが、この方法は、Auが半田を構成す
るSnと反応する結果、接合層がゾル状となり、接合の
高信頼性維持ができ難いことが判明した。
また前述のようにAuの量を多くすると、SnがA“に
吸い寄せられて反応し・接合層は部分的な      
4盛り上がりが生じる。この盛り上がり部分は、レーザ
チップから発光されたモニター側のレーザ光を遮る場合
もあり、この場合、レーザ光出力の正確なモニターが行
えなくなることも判明した。
[発明の目的〕 本発明の目的は発光素子の接合の信頼度が高い発光電子
装置の製造技術を提供することにある。
本発明の他の目的は発光特性が安定した発光電子装置の
製造技術を提供することにある。  5本発明の他の目
的は発光素子の製造歩留りの向上が図れる発光電子装置
の製造技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのは、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。
すなわち、本発明の半導体ビーザ装置はその製造時、レ
ーザチップをサブマウントの取付面に半田を介して固定
する場合、前記サブマウントの取ぜ面にCr層、白金(
Pt)層、Au層、半田層をそれぞれa:要最少限の厚
さに順次積層形成した後、取付面にAu層を有するレー
ザチップを前記半田層上に載せ、半田を加熱して一時的
に溶融させて。
レーザチップをサブマウントに固定している。この際、
前記pt層(7)Ptt:、A・あるいは半田中には溶
け込まないで、Pt層を維持するため、半田。
は支持板およびレーザチップ(77Au層と良好に溶け
合い良好な接合層ができ、接合の信頼性向上および製造
歩留り向上が達成できる。また、当持板におけるAu層
の厚さは0.05〜0.1μmと少ないことから、Sn
、?Auとの反応は起き戴く、レーザチップの周囲にお
ける半田部分の盛り上がりも発生し灘くなり、′レーザ
光の遮り現象も発生し難くなって、半導体レーザ装置の
発光特性の向上が達成できる。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置の要
部4示すゴ部を断面とした斜視図7、第2図は同じくレ
ーザチップの固定状態を示す断面図、第3図は同じく半
導体レーザ装置の製造工程を示すフローチャートである
この実施例における半導体レーザ装置は第1図に示され
るように、それぞれアセンブリの主体部品となる板状の
支持板(ステム)1およびこのステム1の主面側に気密
固定されたキャップ2とからなっている。前記ステム1
は数mの厚さからなるFe−Ni系等の矩形の金属板と
なっていて、その主面(上面)の中央部には銅製のヒー
トシンク3が鑞材等で固定されている。ビー1−シンク
3の内側面にはサブマウント(支持板)4を介してレー
ザチップ5が固定されている。レーザチップ5は、たと
えば、幅が400μm、長さが300μm、高さが10
0μmとなっていて、レーザ光を発光する共振器(第2
図参照)6は、レーザチップ5の表面から3〜5μm程
度の深さに位置している。
このようなレーザチップ5は、第2図に示されるように
、共振器端面がサブマウント4側に近い状態で接合層7
によってサブマウント4に固定(いわゆるP−down
)されている。また、サブマウント4は鑞材によってヒ
ートシンク3に固定されている。なお、レーザチップ5
はレーザ光8をステムl側およびステムlから遠ざかる
方向に発光するように固定されている。また、前記ステ
ム1の主面にはレーザチップ5の下端から発光されるレ
ーザ光8を受光し、レーザ光8の光出力をモニターする
受光素子9が固定されている。
ここで、前記レーザチップ5の固定方法について第2図
を参照しながら説明する。前記サブマウント4は、たと
えば、SiCの小片がらなっている。このサブマウント
4はレーザチップ5の固定前の状態では、第2図に示さ
れるように、レーザチップ5が固定される取付面には、
あらかじめ厚さO,,1μmのCr層10.厚さ0.2
〜0.4μmのPし層11.厚さ0.05−0.1 μ
、mのAu層12、厚さ2−3 μmのPb−8n(融
点183℃)からなる半田層13が、それぞれ蒸着によ
って被       1着されている。、一方、レーザ
チップ5はその表裏面にそれぞれ最上層がAuからなる
電極14゜15を有している。そして、レーザチップ5
をサブマウント4に固定する際は、レーザチップ5をサ
ブマウント4の所定箇所に載置した後、一時的に加熱し
て半田層13を溶融し、再び硬化した半田層(接合層7
)でレーザチップ5をサブマウント4に固定している。
この際、前記半田層13の加熱溶融時、pt層11は共
晶によって溶融温度が低くなった゛とは言え、相変わら
ず融点は高いことから半田層13およびAu層12には
溶け込み難いため、Pt層11は、存続する。この結果
、Pむ層11の上面に設けられたAu層12が半田に溶
け込んでも、半田は半田との濡れ性が悪いCr層10と
は接触しないため、サブマウント4の主面における半田
の濡れ性は良好となり、レーザチップ5とサブマウント
4との接合性は良好となる。また、サブマウント4にお
けるAu層12の厚さは半田層13に比較して極めて薄
いことから、半田に対するAuの量は極めて少くなって
、AuとSnとの反応に基づく接合層7の部分的な盛り
上かり現象は発生しなくなり、レーザ光8の光路を遮る
ような発光特性不良の発生が防止できる。
また、上述のように、レーザチップ5の接合の確実性、
発光特性不良の発生防止によって、製造歩留りが向上す
る。
一方、前記ステムlには3本のリード16が固定されて
いる。1本のリード16はステム1の裏面に電気的およ
び機械的に画家され、他の2本の    ゛リード16
はステム1を貫通し、かつガラスのような絶縁体17を
介してステム1に対し電気的に絶縁されて固定されてい
る。前記ステム1上に突出するリード16の上端はそれ
ぞれワイヤ18を介してレーザチップ5および受光素子
9の各電極に接続されている。
他方、前記ステム1の主面には透明窓19を有する金属
製のキャップ2が気密的に固定され、レーザチップ5お
よびヒートシンク3等を封止している。前記透明窓19
はキャップ2の天井部に設けた円形孔を透明ガラス板2
0で塞ぐことによって形成されている。したがって、レ
ーザチップ5の上端から出射したレーザ光8は、この透
明ガラス板20を透過してステム1とキャップ2とによ
って形成されたパッケージ21外に放射される。
なお、ステム1には、この半導体レーザ装置を各種機器
に取付ける際使用する取付孔22が設けられているり つぎに、第3図のフローチャートを参照しながら半導体
レーザ装置の組立方法について説明する。
最初にステム1.サブマウント4.キャップ2が用意さ
れる。前記ステムlには既に3本のり−ド16およびヒ
ートシンク3が取付けられている。
2本のリード16は前記のようにステム1を貫通し、か
つ絶縁体゛17を介してステム1に絶縁的に固定されて
いる。また、残りの1本のリード16はステム1に電気
的かつ機械的に接合されている。
前記サブマウント4には、前述の取付は方法によってあ
らかじめレーザチップ5が固定されている。
さらに、前記キャップ2はその天井部に設けた円形孔を
塞ぐように透明ガラス板2oが気密的に固定され、透明
窓19が形成されている。
そこで、このようなステム1の主面中央に受光素子9が
ソルダー等の鑞材を介して固定されるとともに、ヒート
シンク3の内側面にサブマウント4が鑞材を介して固定
される。前記受光素子9はレーザチップ5から発光され
るレーザ光8を受光できるような位置に固定される。
つぎに、レーザチップ5および受光素子9の各 ゛電極
とステム1の主面上に突出するリード16の先端とは、
ワイヤ18によって電気的に接続される。
その後、ステム1の主面にはキャップ2が気密的に固定
される。キャップ2はステム■の主面に突出するり−ド
16先端部分、ヒートシンク3゜受光素子9等を気密的
に被う。
このようにして、第1図に示されるような半導体レーザ
装置が製造される。
〔効果〕
1、本発明、。よれば、ウーザ、ツブ5.よ半ヨ層  
    (13を介してサブマウント4に固定されるが
、この際、半田層13の下のAu層12の下部には半田
の加熱溶融時半田M13に溶け込み難いPtからなるP
t層11が設けられているため、半田はpt層11の下
層となる半田の濡れ性が良好で無いCr層10とは接触
しない。したがって、サブマウント4に対するレーザチ
ップ5の接合性が良くなり、接合の信頼性向上が達成で
きるという効果が得られる。
2、本発明によれば、レーザチップ5の接合において、
半田の量に対してAuの量は極めて少ないことから、S
nはAuに吸い寄せられることは殆どない。したがって
、AuとSnとの反応に基づく接合層7の部分的な盛り
上がり現象は発生し難くなり、レーザ光8の光路を遮る
ような発光特性不良の発生が部止できるという効果が得
られる。
3、上記1および2から1、レーザチップ5の接合の確
実性が向上すること、発光特性不良の発生防止が図れる
ことから、製造歩留りが向上するという相乗効果が得ら
れる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
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。たとえば、密着促進層の
材質としては、前記のCrに代えてバナジウム(V)、
チタン(Ti)を、用いても前記実施例と同様な効果が
得られる。
また、バリア層の材質としては、前記のPt、に代えて
ニッケル(Ni)を用いても前記実施例と同様な効果が
得られる。この場合、Ni半田との濡れ性が良好であり
、接合の信頼性も高い。なお、Niは半田の加熱溶融時
半田層およびAu層に溶け込もうとするが、その溶け込
み開始時間は半田とAuとの溶融開始時間よりも若干遅
くなり、Niが溶け込みを開始する頃には、サブマウン
ト4に対するレーザチップ5の接合作業は終了するため
、Ni層は半田Crとの接触を防ぐバリアとして機能す
る。この結果、半田がCrと接触して半田の濡れ性が低
下する現象は起き難くなり、前記実施例と同様に接合の
信頼性向上という効果が得られる。
〔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
をさの背景とな・った利用分野である半導体レーザ技術
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、端面発光型の発光ダイオード
あるいは半導体レーザ部を有する集積化光デバイス(O
E I C)等のチップを組み込んだ発光電子装置製造
技術などに適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体レーザ装置の要
部を示す一部を断面とした斜視図、第2図は同じくレー
ザチップの固定状態を示す断面図、 第3図は同じく半導体レーザ装置の製造工程を示すフロ
ーチャートである。 1・・・ステム、2・・・キャップ、3・・・ヒートシ
ンク、4・・・サブマウント、5・・・レーザチップ、
6・・・共振器、7・・・接合層、8・・・レーザ光、
9・・受光素子、10・=Cr層、11・・Pt層、1
2・・・Au層、13・・・半田層、14.15・・・
電極、16・・・リード。 17・・・絶縁体、18・・・ワイヤ、19・・・透明
窓、20・・・透明ガラス板、21・・・パッケージ、
22・・・取付孔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、支持板と、この支持板の主面に被着された密着促進
    層と、この密着促進層の上面に被着されたバリア層と、
    このバリア層の上面に被着された金層と、この金層に半
    田を介して固定されたチップと、を有する発光電子装置
    。 2、前記バリア層は白金であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の発光電子装置。 3、支持板の主面に密着促進層、バリア層、金層、半田
    層を順次被着形成する工程と、表面に金層を有したチッ
    プを金層を介して前記半田層上に重ね合わせるとともに
    、加熱してチップを前記支持板に固定する工程と、を有
    することを特徴とする発光電子装置の製造方法。 4、前記バリア層は半田溶融時、金層、半田層に溶け込
    まないで白金であることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の発光電子装置の製造方法。
JP59125161A 1984-06-20 1984-06-20 発光電子装置およびその製造方法 Pending JPS615593A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6229147A (ja) * 1985-07-30 1987-02-07 Kyocera Corp 金の導電層を有する電子部品
US5790577A (en) * 1995-10-05 1998-08-04 Nippondenso Co., Ltd. High output semiconductor laser element having robust electrode structure
US9032850B2 (en) 2007-12-14 2015-05-19 Fujitsu Component Limited Rotary cutter unit and printer device having the unit

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6229147A (ja) * 1985-07-30 1987-02-07 Kyocera Corp 金の導電層を有する電子部品
US5790577A (en) * 1995-10-05 1998-08-04 Nippondenso Co., Ltd. High output semiconductor laser element having robust electrode structure
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