JPS63151093A - 半導体レ−ザ素子のろう付け方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 ・　本発明は半導体レーザ素子をヒートシンクにろう付
けする方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に半導体レーザ素子は鋼などのヒートシンクに例え
ばインジウム、インジウム−鉛合金などの低融点ろう材
によってマウントされたものが用いられている。第２図
はダイボンドされた半導体レーザ素子の一例を示した斜
視図である。第２図においてダイオード構造の半導体レ
ーザチップ１はＰＮ接合部２を有し、その熱放散をよく
するために、発光部である活性領域３がヒートシンク４
になるべく近く位置するように、いわゆるアップサイド
ダウンの状態でろう材５を用いて電極６の全面でヒート
シンク４にボンディングされる。この際半導体レーザチ
ップ１の一側面すなわちＡ面と、ヒートシンク４の一側
面すなわちＢ面とは互に平行かつ直角となる関係を保つ
ように、チップ１が銅プロ、りのヒートシンク４上に載
置されなければならないが、チップ１の活性領域３にほ
ぼ垂直に放射されるレーザ光７は、ＰＮ接合部に垂直な
面内での広がり角が一般に１５〜３０°にもなるので、
レーザ光７が放射される活性領域３がヒートシンク４の
Ｂ面から数μ清白側にずわると、１／−ザ光７はその直
下のヒートシンク４に投射され、このことが乱反射光を
生ずる原因となる。したがってヒートシンク４のＢ面に
おいてレーザ光７が反射するのを防ぐためには、半導体
レーザチップ１のＡ面と、ヒートシンク４のＢ面とが同
一平面上にあるようｌこ、これらを精度よく位置合わせ
してろう付けすることが必要である。

第３図はこのようなろう付けを行なう手順を説明するた
めの斜視図を示したものであり、第２図と共通の部分は
同一符号で表わしである。まずヒートシンク４の一表面
に真空蒸着法などにより例えば・インジウムもしくはイ
ンジウム−鉛合金などの低融点ろう材５をｍ看しておき
、このろう材被膜５の上に、半導体レーザチップ１のＰ
Ｎ接合部２に近い方の電極６の面を載せるが、このとき
前述のようにチップ１のＡ面とヒートシンク４のＢ面と
が同一平面上にあるように位置合わせする。なおチップ
１のＷ極６とは反対の面すなわち第３図ではチップ１の
上面にも電極を形成しであるが図示を省略し“Ｃある。

次いで図示してない窒素雰囲気の容器中で、チップ１の
電極６がヒートシンク４上のろう材５と均一に馴染むよ
うに、荷重棒８でチップ１の上方から適当な力で押しつ
げた状態のまま、ヒートシンク４の下方にある図示して
ないヒータを用いて、ヒートシンク４をろう材５の溶融
温度よりやや高い温度とし、ろう材５を溶かして暫時保
持した後。

ヒータの加熱を停止し、ヒートシンク４を室温に戻して
ろう材５を凝固させることにより、半導体レーザチップ
１がヒートシンク４にろう付けされる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のようにして半導体レーザチップ１をヒートシンク
４にろう付けすると、ろう材５が溶融して沈んだときに
、ろう材５の一部がチップ１の周囲に飛び出し、これが
冷却凝固した後には、第３図に示したごとく球状体９と
なってチップ１のＡ面に付着することがある。このよう
になる原因はヒートシンク４の表面は元来極めて良好な
平坦状態となっていないから、その上に真空蒸着などに
よつて被着されたろう材５の被膜表面も平坦ではなく、
１μｍ以下の微小な凹凸をもっており、そのためチップ
１の電極６の面をろう材５の上に載置して、荷重棒８で
押しつけながらヒートシンク４の温度を上げたとき、チ
ップ１とろう材５との間隙に存在していたｉ素ガスが膨
張して圧力が高められ、ろう材５が溶けるとこの窒素ガ
ス圧によりろう材５の一部をチップ１の周囲に押し出し
てしまうことにある。押し出されたろう材は数十μｍの
球状体ろう９を形成し、第３図のようにチップ１のＡ面
のＰＮ接合部２の近傍に付着して残り、その結果ＰＮ接
合部２が短絡状態となり、得られる半導体レーザン子は
正常な電流−電圧特性を示さなくなるので、レーザ発振
を生じなくなる。すなわち従来の方法はろう付け工程で
使用不可能な素子が出現して製造歩留りを低下させると
いう問題をもっている。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、その目
的は半導体レーザチップをヒートシンクに１ウントする
ためのろう付けを行なうに当たり、ろう材が飛び出して
チップのＰＮ接合部の短絡するのを防ぎ、製造歩留りを
向上させるレーザチップのヒートシンクへのろう付け方
法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明はろう材を被着したヒートシンクの面上に半導体
レーザチップを位置合わせしたものを、真空雰囲気中に
おいてろう材を溶かすことにより。

ろう材が飛び吊すのを防ぎ、凝固時にチップの側面のＰ
Ｎ接合部に球状となって付着することなく、不良素子の
発生をなくしたものである。

〔作用〕

本発明によれば真空雰囲気中で半導体レーザチップとヒ
ートシンクをろう付けするため、チップとろう材の間に
形成された微小な空隙に存在しているガスが除去され、
ろう材が溶融したときガス圧ｌこよりチップの外部に飛
び出すことなく、チップ側面のＰＮ接合部に付着して短
絡を生ずることもないから、正常な特性をもった半導体
レーザ素子を歩留りよくル造することができる。

〔実施例〕

以下本発明を実施例に基づき説明する。

第１図は本発明の方法が適用されるダイボンダの加熱部
を示した断面図であり、第２図、第３図と共通部分を同
一符号で表わしである。第１図を参照して説明すると、
石英製の容器１０を０リング１】を用いて蓋１２で密閉
し、容器１０の側壁に導入管１３で連結したバルブ１４
を含む窒素ガスラインと、排気管１５で連結した真空ポ
ンプ１６を有する排気系を備えており、容器１０の内部
は熱源を内蔵したヒータ１７が所定の個所に設けてあり
、−表面にあらかじめろう材５を被着したヒートシンク
４をろう材５の面を上にしてヒータ１７の上に載置し、
さらにその上に半導体レーザチップ１のＰＮ接合部に近
い方に設けた電極面側がこのチップ１の一側面とヒート
シンク４の一側面が同一平面上に位置するようにして置
かれる。荷重棒８は一端を容器１０の内壁に固定した支
持板１８の他端近傍に取りつけられて、半導体レーザチ
ップ１に対して上方から垂直に死荷重がかかるように位
置調整が可能となりている。荷重棒８も必要に応じて重
量の異なるものが使用できる。

ろう付けの手順はまず容器１０内のヒータ１７上にヒー
トシンク４と半導体レーザチップ１を上述のごとくセッ
トし１約２０ｇｒの荷重を載せて蓋１２を閉じる。かく
してはじめバルブ１４を開き図示してない窒素ガスボン
ベから導入管１３により、窒素ガスを容器１０内に流入
して満たした後、バルブ１４を閉じて窒素ガスの供給を
停止する。その後真空ポンプ１６を作動させて、容器１
０内に充満している窒素ガスを排気管１５により排出し
、容器１０内を約　ＩＴｏｒｒの真空状態とする。次に
ヒータ１７に通電してろう材５の溶融点よりやや高い温
度としてろう材５を溶かし、チップ１の電極と合金化さ
せるための所定の保持時間を経過した後、ヒータ１７の
加熱と真空ポンプ１６の運転を停止し、直ちにバルブ１
４を開き容器１０内に再び窒素ガスを導入する。この窒
素ガスの導入はろう材を速やかに冷却し凝固させるため
である。

以上のごとくろう付けを行なうことにより、ろう材５の
加熱、溶融時には半導体レーザチップ１とろう材５の間
の微小空隙は真空状態に保たれるようになり、ろう材５
が飛び出すことなく、ＰＮ接合部の短絡などの不良の発
生をほとんど完全に防止することができる。

〔発明の効果〕

半導体レーザチップの電極面とヒートシンクに蒸溜した
ろう材面とを重ねてろう材を溶かし、低温ろう付けする
際に、ヒートシンクの表面が微小な凹凸を有することに
由来して、チップとヒートシンクの重ね面にもその凹凸
に対応する微小な空隙を生じ、従来のように窒素雰囲気
中で行なったのでは、その空隙に窒素ガスが存在してい
ること７から、加熱時に膨張した空隙中の窒素ガス圧に
より溶融したろう材がチア１周囲に押し出され、チ、プ
のＰＮ接合部を短絡させ、素子の特性を損じ製造歩留り
を低下させていたのに対し、本発明では実施例で述べた
ごとく、ろう付け操作をすべて容器中で真空に排気しな
がら行うようにしたため。

チップとヒートシンク上のろう材面との合わせ面にガス
が存在することなく、したがって従来のような溶融ろう
材の飛び出しがなく、得られる半導体レーザ素子はＰＮ
接合部の短絡などに起因する不良の発生も見られず、素
子の製造歩留りを大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するためのダイボンダ加熱
部の配置を示した断面図、第２図は半導体レーザ素子の
構成を示した斜視図、第３図は従来のろう付け方法を説
明するための半導体レーザ素子の斜視図である。 １・・・半導体レーザチップ、２・・・ＰＮ接合部。 ４・・・ヒートシンク、５・・・ろう材、６・・・′電
極。 ７・・・レーザ光、８・・・荷重棒、９・・・球状体ろ
う。 １０・・・容器、１】・・・Ｏリング、１２・・・蓋、
１３・・・導入管、１４・・・バルブ％１５・・・排気
管、１６・・・真空ポンプ。 １７・・・ヒータ、１８・・・支持板。 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイオード構造をもつ半導体レーザチップをヒー
   トシンク上に被着したろう材面に重ね、前記チップの一
   側面と前記ヒートシンクの一側面とが同一平面上にある
   ように位置合わせして、前記チップ側に死荷重をかけろ
   う材を溶融凝固させることにより前記チップと前記ヒー
   トシンクをろう付けする半導体レーザ素子のろう付け方
   法であつて、密閉容器中で該容器を真空状態として行な
   うことを特徴とする半導体レーザ素子のろう付け方法。