JPWO2019180773A1

JPWO2019180773A1 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JPWO2019180773A1
Application number: JP2018540171A
Authority: JP
Inventors: 政諭楠; 恭介蔵本; 武弘西田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2018-03-19
Publication date: 2020-04-23
Also published as: WO2019180773A1

Abstract

第１端面と該第１端面に対向する第２端面とを有するサブマウント基板と、該サブマウント基板の上に設けられた電極層と、該電極層の上に設けられたバリア層と、該バリア層に接し該第１端面と該第２端面からは後退して設けられた半田と、を有するサブマウントを用意することと、発光ストライプ領域と、該発光ストライプ領域の左右の隣接領域と、を有するレーザチップを、該半田の上にのせ、該第１端面の直上と該第２端面の直上に該レーザチップを位置させることと、該半田を加熱し、該半田が該第１端面又は該第２端面の方向に濡れ広がってできた延伸部で該レーザチップと該電極層を直接接続することと、を備える。

Description

この発明は半導体装置の製造方法に関する。

半導体レーザ素子が形成されたレーザチップはサブマウントに半田付けで実装される。特許文献１には、サブマウントとＡｕＳｎ半田の間にＰｔ層を設けることで、半田の広がりを抑制することが開示されている。Ｐｔ層がないと、半田がサブマウント全体に濡れ広がってしまい、ワイヤボンド領域が確保できなくなるおそれがある。

日本特開平５-１９０９７３号公報

サブマウントの端である切断ラインまで半田が存在すると、サブマウントの切断時にバリが発生し、特性悪化及び信頼性低下につながる可能性がある。これを防ぐため、半田をサブマウントの端より内側に引っ込めておく必要がある。そのような形状の半田をサブマウントに用意して当該半田でチップをサブマウントに固定しようとすると、チップの下の押された半田が、共振器長手方向とは９０°異なる方向に進みやすく、半田の存在しない領域である端面方向には進みにくい。つまり、共振器長手方向に半田が進みにくく、共振器長手方向とは９０°異なる方向に半田が進みやすい。そのため、レーザチップの端面は半田が濡れにくく放熱性が悪い問題があった。

本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、サブマウントの切断時にバリが発生することを防止しつつ、サブマウントの端またはその近傍まで半田が濡れ易い半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、第１端面と該第１端面に対向する第２端面とを有するサブマウント基板と、該サブマウント基板の上に設けられた電極層と、該電極層の上に設けられたバリア層と、該バリア層に接し該第１端面と該第２端面からは後退して設けられた半田と、を有するサブマウントを用意することと、発光ストライプ領域と、該発光ストライプ領域の左右の隣接領域と、を有するレーザチップを、該半田の上にのせ、該第１端面の直上と該第２端面の直上に該レーザチップを位置させることと、該半田を加熱し、該半田が該第１端面又は該第２端面の方向に濡れ広がってできた延伸部で該レーザチップと該電極層を直接接続することと、を備えたことを特徴とする。

本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

この発明によれば、サブマウントの切断時に厚い半田がサブタウントの端部にないのでバリの発生を抑制でき、しかも、例えば半田の濡れ広がりを利用してサブマウントの端部とレーザチップの端部を接続するので、放熱性を高めることができる。

半導体装置の斜視図である。レーザチップの断面図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示す図である。第１比較例を示す図である。第１比較例を示す図である。第１比較例を示す図である。第２比較例を示す図である。第２比較例を示す図である。第２比較例を示す図である。実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態６に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態６に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態６に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態６に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態７に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態７に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態７に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態７に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態８に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態８に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態８に係る半導体装置の製造方法を示す図である。実施の形態８に係る半導体装置の製造方法を示す図である。

本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の半導体装置の斜視図である。少なくとも一部が半導体で形成されたレーザチップ１０はサブマウント１９に実装されている。サブマウント１９はヒートシンク１４に実装されている。ヒートシンク１４はステム１６に固定されている。ステム１６を貫通する端子１８が複数設けられている。この端子１８とレーザチップ１０が電気的に接続されている。例えばレーザチップ１０の上面と端子１８がワイヤで接続され、サブマウント１９と別の端子１８が別のワイヤで接続される。

図２は、レーザチップ１０をレーザの進行方向に対し垂直に切断した断面図である。レーザチップ１０は半導体基板１０ａを有している。この半導体基板１０ａの上には、ｎ型のＡｌＩｎＰからなる下クラッド層１０ｂが形成されている。半導体基板１０ａと下クラッド層１０ｂは直接接合している。下クラッド層１０ｂの上にはアンドープのＡｌＩｎＰからなる下光ガイド層１０ｃが形成されている。下光ガイド層１０ｃの上にはＧａＩｎＰからなる活性層１０ｄが形成されている。

活性層１０ｄの上にはアンドープのＡｌＧａＩｎＰからなる上光ガイド層１０ｅが形成されている。上光ガイド層１０ｅの上にはｐ型のＡｌＩｎＰからなる上クラッド層１０ｆが形成されている。上クラッド層１０ｆの上にはｐ型のＧａＡｓからなるコンタクト層１０ｇが形成されている。

半導体基板１０ａの厚さは５０〜１５０μｍである。下クラッド層１０ｂの厚さは０．５〜４．０μｍである。下クラッド層１０ｂのキャリア濃度は０．５〜１．５×１０^１８ｃｍ^−３である。下光ガイド層１０ｃおよび上光ガイド層１０ｅの厚さは０．０２〜０．４μｍである。活性層１０ｄの厚さは３．０〜２０ｎｍである。上クラッド層１０ｆの厚さは０．５〜４．０μｍである。上クラッド層１０ｆのキャリア濃度は０．５〜２．０×１０^１８ｃｍ^−３である。コンタクト層１０ｇの厚さは０．０５〜０．５μｍである。コンタクト層１０ｇのキャリア濃度は１．０〜４．０×１０^１９ｃｍ^−３である。

コンタクト層１０ｇの横にはシリコン窒化膜などの絶縁膜１０ｈが形成されている。発光領域すなわち電流が注入される領域ではこの絶縁膜１０ｈがエッチングされて開口を持つようになっている。この開口部以外のコンタクト層はエッチングにより除去されている。コンタクト層１０ｇおよび絶縁膜１０ｈの上にはｐ側電極１０ｉが形成されている。ｐ側電極１０ｉはＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜を積層したものである。ｐ側電極１０ｉの厚さは０．０５〜１．０μｍである。絶縁膜１０ｈの開口を通してコンタクト層１０ｇとｐ側電極１０ｉが低抵抗接合している。ｐ側電極１０ｉの上には金メッキ層１０ｊが形成されている。金メッキ層１０ｊの厚さは１．０〜６．０μｍである。

半導体基板１０ａの下面にはｎ側電極１０ｋが接合されている。ｎ側電極１０ｋの下には金メッキ層１０ｌが形成されている。ｎ側電極１０ｋはＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの薄膜を積層したものである。ｎ側電極１０ｋの厚さは０．０５〜１．０μｍであり、金メッキ層１０ｌの厚さは１．０〜６．０μｍである。レーザチップ１０の幅Ｌ１は４００μｍである。

レーザチップ１０は、発光ストライプ領域１０Ａと、発光ストライプ領域１０Ａの左右の隣接領域１０Ｂを有している。発光ストライプ領域１０Ａは発光領域のみ残るようにエッチングされたコンタクト層１０ｇが形成された部分である。発光ストライプ領域１０Ａの幅は１００μｍである。なお、上述の材料と数値は例示であり別の材料と数値としてもよい。以下の記述も例示であり、限定的なものではない。

このレーザチップ１０は上下を反対にしてｐ側の金メッキ層１０ｊがサブマウント１９にダイボンドされる。そして、金メッキ層１０ｌにワイヤボンドし、そのワイヤを介してレーザチップ１０に電流供給される。

図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄはレーザチップをサブマウントに実装する前の状態を示す図である。図３Ａは平面図である。図３Ｂは図３ＡのＣ−Ｃ´線における断面図である。図３Ｃは図３ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。図３Ｂ、３Ｃは共振器方向の断面図となっている。図３Ｄは図３ＡのＢ−Ｂ´線における断面図である。図３Ｄは、共振器方向とは９０°異なる方向の断面図となっている。

図３Ａにはレーザチップ１０が前端面１０ｎと後端面１０ｍを有することが示されている。前端面１０ｎと後端面１０ｍはサブマウント基板よりも突出しているが、前端面１０ｎと後端面１０ｍの直下にサブマウント基板の端面が位置するようにしてもよい。

図３Ｂを参照してサブマウント１９について説明する。サブマウント１９は、サブマウント基板１２と、サブマウント基板１２の上に設けられた電極層３０と、電極層３０の上に設けられたＰｔバリア層３２と、Ｐｔバリア層３２に接した半田３４と、を有している。Ｐｔバリア層３２は半田３４が電極層３０に拡散するのを防止する金属であればよく、Ｐｔ以外に例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｃｏなどでもよい。

サブマウント基板１２の材料は例えばＳｉＣである。サブマウント基板１２は第１端面１２ａと第１端面１２ａに対向する第２端面１２ｂとを有する。電極層３０はサブマウント基板１２のレーザチップ１０側に設けた層である。電極層３０は例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｔ又はＡｕを含む。Ｔｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕのいずれか１つで電極層３０を形成してもよい。電極層３０はサブマウント基板１２の全面に形成することができる。

Ｐｔバリア層３２は、隣接領域１０Ｂの直下にあるが、発光ストライプ領域１０Ａの直下にはない。Ｐｔバリア層を形成した後に、発光ストライプ領域１０Ａの下のＰｔバリア層を除去することでＰｔバリア層３２を形成することができる。半田３４は、例えばＡｕＳｎ合金などの周知の材料で形成されている。図３Ｂ、３Ｃに示されているように、半田３４とＰｔバリア層３２は第１端面１２ａと第２端面１２ｂからは後退して設けられている。図３Ｄに示されているように、半田３４とＰｔバリア層３２はサブマウント基板１２の端面から後退して設けられている。言いかえれば、半田３４とＰｔバリア層３２は、サブマウント基板１２及び電極層３０の端から内側に引っ込めて形成している。

図３Ｂ、３Ｃに示すように、共振器方向について半田３４とＰｔバリア層３２をサブマウント基板１２の端面から後退して設けることで、サブマウント切断時の半田バリを防ぐことができる。さらに、図３Ｄに示すように、共振器方向とは９０°異なる方向について半田３４とＰｔバリア層３２をサブマウント基板１２の端面から後退して設けることで、ワイヤボンド領域を確保することができる。

サブマウント基板１２の厚みは１００〜３００μｍであり、電極層３０の厚みは０．１〜１．０μｍである。サブマウント基板１２と電極層３０の幅は８００〜１２００μｍである。幅とは、図３Ａのｙ方向の長さのことである。Ｐｔバリア層３２の厚みは０．１〜１．０μｍである。半田３４の厚さは０．５〜１０μｍである。半田の幅は５００〜９００μｍである。

実施の形態１の半導体装置の製造方法ではまずこのようなサブマウント１９を用意する。図３Ｂ、３Ｃ、３Ｄには、サブマウント１９の上にレーザチップ１０がのせられる直前の状態が示されている。

図４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄは、レーザチップ１０をサブマウント１９に半田付けした後の状態を示す図である。図４Ａは平面図である。図４Ｂは図４ＡのＣ−Ｃ´線における断面図である。図４Ｃは図４ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。図４Ｂ、４Ｃは共振器方向の断面図となっている。図４Ｄは図４ＡのＢ−Ｂ´線における断面図である。図４Ｄは、共振器方向とは９０°異なる方向の断面図となっている。

実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、レーザチップ１０を半田３４の上にのせ、第１端面１２ａの直上と第２端面１２ｂの直上にレーザチップ１０を位置させる。次いで、半田３４を加熱する。この加熱により、図４Ｃに示すように、発光ストライプ領域１０Ａの下では半田３４が発光ストライプ領域１０Ａと電極層３０を直接接続する。また、図４Ｂに示すように、隣接領域１０Ｂの直下では、半田３４が隣接領域１０ＢとＰｔバリア層３２を直接接続する。

発光ストライプ領域１０Ａの下にはＰｔバリア層３２が存在しないため、半田３４を加熱すると、半田３４が電極層３０のＡｕ等と反応し半田３４が濡れ広がる。半田３４は共振器方向に濡れ広がる。これにより、第１端面１２ａ又は第２端面１２ｂの方向に濡れ広がってできた半田である延伸部４０ができる。図４Ｃには延伸部４０が示されている。この延伸部４０はレーザチップ１０と電極層３０を直接接続する。延伸部４０は、発光ストライプ領域１０Ａの端部と電極層３０の端部とを接続するので、レーザチップ１０の放熱性を高めるものである。延伸部４０を設けること自体が放熱性改善に寄与するが、この延伸部４０をレーザチップ１０の端にまで接触させると高い放熱性を提供できる。図４Ｃでは第１端面１２ａ側と第２端面１２ｂ側の両方に延伸部４０が存在するが、どちらか一方だけに延伸部４０があってもよい。

サブマウントのワイヤボンド領域を確保するために、半田が図４Ａのｙ正負方向に拡散するのは抑制すべきである。実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、発光ストライプ領域１０Ａの直下部分を除き、半田３４をＰｔバリア層３２の上に設ける。これにより、図４Ａのｙ正負方向に半田が拡散することを防止できる。したがって、延伸部４０を発光ストライプ領域１０Ａの直下に形成することで放熱性を高めつつ、ワイヤボンド領域を確保できる。

ここで、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法の技術的意義を容易にするために、図５Ａ、５Ｂ、５Ｃを参照して第１比較例について説明する。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃはレーザチップをサブマウントに固定した後の状態を示す。図５Ａは平面図である。図５Ｂは図５ＡのＡ−Ａ´線に沿った断面図である。図５Ｃは図５ＡのＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。図５Ｂに示すように、半田３４はサブマウント基板１２の端から内側に引っ込めておらず、半田３４はサブマウント基板１２の端の直上まで存在する。つまり、半田３４が第１端面１２ａと第２端面１２ｂの直上にある。そのため、サブマウントの切断時に半田３４のバリが発生し、特性悪化及び信頼性低下につながる可能性がある。

次に、図６Ａ、６Ｂ、６Ｃを参照して第２比較例について説明する。図６Ａ、６Ｂ、６Ｃはレーザチップをサブマウントに固定した後の状態を示す。図６Ａは平面図である。図６Ｂは図６ＡのＡ−Ａ´線に沿った断面図である。図６Ｃは図６ＡのＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。第２比較例では、図６Ｂに示すように、半田３４をサブマウント基板１２の端部から内側に後退させている。そのため、サブマウント切断時に半田バリが生じる問題はない。しかしながら、第２比較例の構成では、半田溶融時にレーザチップ１０の下で押された半田が、半田の存在する領域であるチップ横方向、つまり共振器方向とは９０°異なる方向に進みやすいが、半田の存在しない領域である共振器方向には進みにくい。つまり、図６Ａのｙ正負方向に半田が進みやすく、ｘ正負方向に半田が進みにくい。そのため、レーザチップ１０の端またはその近傍を半田と接触させることができない。

これに対し、実施の形態１に係る半導体装置の製造方法では、加熱前の半田の一部が電極層３０に接し、電極層３０に接する半田が濡れ広がって、サブマウントの端面直上またはその近傍まで及ぶ延伸部４０を形成する。こうすることで、サブマウント切断時の半田バリを抑制しつつ、レーザチップ１０と電極層３０を接続する延伸部４０で放熱性を高めることができる。

実施の形態１に係る半導体装置の製造方法は、その特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えばレーザチップ１０として、共振器長手方向に伸びる発光ストライプ領域と、それに隣接する隣接部を有する様々なチップを採用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

実施の形態２．
図７Ａ、７Ｂ、図８Ａ、８Ｂは実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図７Ａ、７Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けする前の状態を示す図である。図７Ａは平面図である。図７Ｂは図７ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。

図７Ｂには、発光ストライプ領域１０Ａの直下にＰｔバリア層３２が設けられたことが示されている。発光ストライプ領域１０Ａの直下では、半田３４とＰｔバリア層３２が接する部分と、半田３４と電極層３０が接する部分がある。共振器の中央部分直下で半田３４とＰｔバリア層３２が接し、当該中央部分より外側で半田３４と電極層３０が接している。図７Ｂのサブマウントと同じ構造を、隣接領域１０Ｂの直下においても実現する。なお、隣接領域１０Ｂの直下では半田３４とＰｔバリア層３２が接し、半田３４と電極層３０は接させなくてもよい。

図８Ａ、８Ｂは、レーザチップ１０をサブマウント１９に半田付けした後の状態を示す図である。図８Ａは平面図である。図８Ｂは図８ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。半田３４が電極層３０と反応して第１端面１２ａと第２端面１２ｂの方向に濡れ広がって、延伸部５０が形成される。つまり半田３４が共振器方向に濡れ広がって、レーザチップ１０の放熱面積を増大させる。

発光ストライプ領域１０Ａの下では、延伸部５０より内側で半田の一部である第１半田３４Ａが発光ストライプ領域１０Ａと電極層３０を直接接続している。さらに、第１半田３４Ａより内側で半田３４の一部である第２半田３４Ｂが発光ストライプ領域１０ＡとＰｔバリア層３２を直接接続している。

図８Ａには、半田の濡れ広がりにより形成された延伸部５０の幅がレーザチップ１０の幅より大きいことが示されている。この場合、レーザチップ１０の端部の全体が延伸部５０によって電極層３０に接続される。よって、放熱性に優れた半導体装置を提供することができる。

図８Ｂから、平面視で第１半田３４Ａは第２半田３４Ｂを挟み、延伸部５０は第１半田３４Ａを挟むことが分かる。延伸部５０を第１端面１２ａ側か第２端面１２ｂ側にだけ設けた場合には、第１半田３４Ａと延伸部５０は一箇所に存在する。

実施の形態３．
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃと図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、実施の形態３に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図９Ａ、９Ｂ、９Ｃは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けする前の状態を示す図である。図９Ａは平面図である。図９Ｂは図９ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。図９Ｃは図９ＡのＢ−Ｂ´線における断面図である。

図９Ｃには、加熱前の半田３４の幅はレーザチップ１０の幅より小さいことが示されている。Ｐｔバリア層３２の幅もレーザチップ１０の幅より小さい。つまり図９Ａにおいて半田３４のｙ方向長さは、レーザチップ１０のｙ方向長さより小さい。

図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けした後の状態を示す図である。図１０Ａは平面図である。図１０Ｂは図１０ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。図１０Ｃは図１０ＡのＢ−Ｂ´線における断面図である。図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの延伸部５４は、半田３４がレーザチップ１０の金メッキ層１０ｊと反応することで濡れ広がってできたものである。加熱前の半田３４の幅をレーザチップ１０の幅より小さくしたので、共振器方向と９０°をなす方向への半田の広がりを抑えることができる。この実施形態では、半田とレーザチップの反応によって半田の濡れ広がりを促す。そのため、半田３４と電極層３０の接触は不要である。

実施の形態４．
図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは実施の形態４に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けする前の状態を示す図である。図１１Ａは平面図である。図１１Ｂは図１１ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。図１１Ｃは図１１ＡのＢ−Ｂ´線における断面図である。

図１１Ａに示されているように、加熱前の半田３４は、平面視で第１端面１２ａ側の幅が第２端面１２ｂ側の幅より小さくなっている。例えば、半田３４は平面視でテーパ形状とすることができる。これにより、半田３４の幅が後端面１０ｍ側より前端面１０ｎ側で狭くなっている。加熱前の半田３４の前端面１０ｎ側の幅ｙ１を、発光ストライプ領域１０Ａの幅ｙ２以上とすることが好ましい。

図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けした後の状態を示す図である。図１２Ａは平面図である。図１２Ｂは図１２ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。図１２Ｃは図１２ＡのＢ−Ｂ´線における断面図である。上述のとおり、半田３４は平面視で第１端面１２ａ側の幅が第２端面１２ｂ側の幅より小さくなっているので、半田３４は後端面１０ｍ側よりも前端面１０ｎ側に濡れ広がりやすい。そのため、図１２Ｂに示すように、レーザチップの前端面１０ｎ側に延伸部５８を形成することができる。図１２Ｂにはレーザチップの後端面１０ｍ側にも延伸部５８が形成されたことが示されている。

加熱前の半田３４について、第１端面１２ａ側の幅ｙ１を発光ストライプ領域１０Ａの幅ｙ２より大きくすることは、発光ストライプ領域１０Ａの前端面側での半田接続を確実にする。

実施の形態５．
図１３Ａ、１３Ｂと図１４Ａ、１４Ｂは実施の形態５に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１３Ａ、１３Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けする前の状態を示す図である。図１３Ａは平面図である。図１３Ｂは図１３ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。

加熱前の半田３４は第１半田３４Ａと第１半田３４Ａより幅が大きい第２半田３４Ｂを備えている。これにより、半田３４の幅は、第１端面１２ａ側でレーザチップ１０の幅より小さく、第２端面１２ｂ側でレーザチップ１０の幅より大きくなっている。言いかえれば、半田３４の幅は、前端面１０ｎ側でレーザチップ１０の幅より小さく、後端面１０ｍ側でレーザチップ１０の幅より大きくなっている。

図１４Ａ、１４Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けした後の状態を示す図である。図１４Ａは平面図である。図１４Ｂは図１４ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。半田の幅は前端面１０ｎ側でのみレーザチップ１０の幅より小さいので、前端面１０ｎ側に半田が濡れ広がりやすい。そのため前端面１０ｎ側では広い範囲に延伸部６０が形成されている。延伸部６０は、半田３４がｙ正負方向だけでなくｘ正方向に濡れ広がって形成される。

実施の形態３で説明した半田形状では半田が前端面側にも後端面側にも濡れ広がり、場合によっては、後端面側に多くの半田が濡れ広がり、前端面側に濡れ広がる半田が少なくなる可能性がある。これに対し、実施の形態５では溶融前の半田３４の幅を前端面１０ｎ側でのみをレーザチップ１０の幅以下にするので、実施の形態３と比べて前端面１０ｎ側に半田が濡れ広がりやすい。よって、前端面側においてレーザチップの放熱性を高めることができる。

実施の形態６．
図１５Ａ、１５Ｂと図１６Ａ、１６Ｂは実施の形態６に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１５Ａ、１５Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けする前の状態を示す図である。図１５Ａは平面図である。図１５Ｂは図１５ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。

加熱前の半田３４の幅は、第２端面１２ｂ側でレーザチップ１０の幅より大きい。図１５Ａに示されるように半田３４をテーパ形状に形成する。半田３４の前端面１０ｎ側の幅は、発光ストライプ領域１０Ａの幅以上とすることができる。半田３４は、後端面１０ｍ側では、レーザチップ１０の幅より大きい幅を有する。後端面１０ｍ側における半田３４はレーザチップ１０の幅より大きい幅を有していればよく、テーパ形状としてもしなくてもよい。

図１６Ａ、１６Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けした後の状態を示す図である。図１６Ａは平面図である。図１６Ｂは図１６ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。前述のとおり、加熱前の半田３４は、第２端面１２ｂ側でレーザチップ１０の幅より大きい幅を有し、かつ、第１端面１２ａ側でレーザチップ１０よりも小さい幅を有している。よって溶融した半田は後端面１０ｍ側より前端面１０ｎ側に濡れ広がりやすい。その結果、図１６Ｂに示す延伸部６４が形成される。

実施の形態６では半田の幅が後端面側より前端面側で狭くなるように、半田をテーパ形状にしたので、実施の形態５の半田形状よりも、前端面側への半田の濡れ広がりを促進できるものである。

実施の形態７．
図１７Ａ、１７Ｂと図１８Ａ、１８Ｂは実施の形態７に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１７Ａ、１７Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けする前の状態を示す図である。図１７Ａは平面図である。図１７Ｂは図１７ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。

図１７Ｂに示すとおり、半田３４は、第１端面１２ａ側に厚い第１半田３４Ａを有し、第２端面１２Ｂ側に薄い第２半田３４Ｂを有している。すなわち、加熱前の半田３４は、第１端面１２ａ側で第２端面１２ｂ側より厚くなっている。

図１８Ａ、１８Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けした後の状態を示す図である。図１８Ａは平面図である。図１８Ｂは図１８ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。半田３４は、第１端面１２ａ側で第２端面１２ｂ側より厚くなっているので、溶融時には前端面側に押される半田の量が多くなる。これにより、第１端面１２ａ側に延伸部６６を形成することができる。

ここまでの各実施形態の幾つかにおいては、半田を後端面側より前端面側へ優先して濡れ広がらせることを説明した。レーザチップの前端面側において温度が高くなりやすい場合にはこれでよいが、後端面側において前端面側より温度が高くなり易い場合には、上記の半田形状を逆転させ、後端面側へ優先して半田を濡れ広がらせることができる。

実施の形態８．
図１９Ａ、１９Ｂと図２０Ａ、２０Ｂは実施の形態８に係る半導体装置の製造方法を示す図である。図１９Ａ、１９Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けする前の状態を示す図である。図１９Ａは平面図である。図１９Ｂは図１９ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。

図１９Ｂには、溶融前の半田３４を第１端面１２ａの直上と第２端面１２ｂの直上に設けることが示されている。つまり、電極層３０の上に、第１端面１２ａの直上から第２端面１２ｂの直上に達するＰｔバリア層３２を設ける。そして、そのＰｔバリア層３２に接し第１端面１２ａの直上から第２端面１２ｂの直上に達する半田３４を設ける。

図１９Ｂに示すように、半田３４は、サブマウント基板１２の中央部直上で厚い第１半田３４Ａを有し、第１端面１２ａ直上と第２端面１２ｂの直上で第１半田３４Ａより薄い第２半田３４Ｂ、３４Ｃを有する。すなわち、加熱前の半田３４は、第１端面１２ａの直上と第２端面１２ｂの直上で、サブマウント中央の直上よりも薄い。半田３４をサブマウント基板１２の端まで存在させているので、サブマウントの切断時に半田バリが発生する。しかし、端面近傍の半田は中央の半田より薄くしているため、半田バリの影響は無視できるほど小さい。

実施の形態８に係る半導体装置の製造方法ではまずこのようなサブマウントを用意する。その後、レーザチップ１０を半田３４の上にのせ、第１端面１２ａの直上と第２端面１２ｂの直上にレーザチップ１０を位置させる。

半田の溶融については、図２０Ａ、２０Ｂを参照しつつ説明する。図２０Ａ、２０Ｂは、レーザチップ１０をサブマウントに半田付けした後の状態を示す図である。図２０Ａは平面図である。図２０Ｂは図２０ＡのＡ−Ａ´線における断面図である。半田を加熱し、第１端面１２ａの直上から第２端面１２ｂの直上にわたって、半田３４でレーザチップ１０とＰｔバリア層３２を直接接続する。図２０Ｂに示されるように、第２半田３４Ｂ、３４Ｃの上には延伸部６８が形成されるので、レーザチップの広範囲にわたって半田を接合することができる。

なお、上記の各実施形態に係る半導体装置の製造方法の特徴を組み合わせて本発明の効果を高めても良い。

１０レーザチップ、１０Ａ発光ストライプ領域、１０Ｂ隣接領域、１９サブマウント、３０電極層、３２Ｐｔバリア層、３４半田

本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、第１端面と該第１端面に対向する第２端面とを側面として有するサブマウント基板と、該サブマウント基板の上に設けられた電極層と、該電極層の上に設けられたバリア層と、該バリア層に接し該第１端面と該第２端面からは後退して設けられた半田と、を有するサブマウントを用意することと、発光ストライプ領域と、該発光ストライプ領域の左右の隣接領域と、を有するレーザチップを、該レーザチップが該第１端面の直上と該第２端面の直上にある状態で該半田の上にのせることと、該半田を加熱し、該半田が該第１端面又は該第２端面の方向に濡れ広がってできた延伸部で該レーザチップと該電極層を直接接続することと、を備え、該発光ストライプ領域の下では、該半田が該発光ストライプ領域と該電極層を直接接続し、該隣接領域の直下では、該半田が該隣接領域と該バリア層を直接接続することを特徴とする。

本願の発明にかかる半導体装置の製造方法は、第１端面と該第１端面に対向する第２端面とを側面として有するサブマウント基板と、該サブマウント基板の上に設けられた電極層と、該電極層の上に設けられたバリア層と、該バリア層に接し該第１端面と該第２端面からは後退して設けられた半田と、を有するサブマウントを用意することと、発光ストライプ領域と、該発光ストライプ領域の左右の隣接領域と、を有するレーザチップを、該レーザチップが該第１端面の直上と該第２端面の直上にある状態で該半田の上にのせることと、該半田を加熱し、該半田が該第１端面又は該第２端面の方向に濡れ広がってできた延伸部で該レーザチップと該電極層を直接接続することと、を備え、該発光ストライプ領域の下では、該半田が該発光ストライプ領域と該電極層を直接接続し、該隣接領域の直下では、該半田が該隣接領域と該バリア層を直接接続し、該レーザチップの共振器長手方向は該第１端面から該第２端面へ向かう方向であることを特徴とする。

Claims

第１端面と前記第１端面に対向する第２端面とを有するサブマウント基板と、前記サブマウント基板の上に設けられた電極層と、前記電極層の上に設けられたバリア層と、前記バリア層に接し前記第１端面と前記第２端面からは後退して設けられた半田と、を有するサブマウントを用意することと、
発光ストライプ領域と、前記発光ストライプ領域の左右の隣接領域と、を有するレーザチップを、前記半田の上にのせ、前記第１端面の直上と前記第２端面の直上に前記レーザチップを位置させることと、
前記半田を加熱し、前記半田が前記第１端面又は前記第２端面の方向に濡れ広がってできた延伸部で前記レーザチップと前記電極層を直接接続することと、を備えた半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田の一部は前記電極層に接し、前記延伸部は前記電極層に接する前記半田が濡れ広がってできたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記延伸部は、前記発光ストライプ領域の直下にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
前記発光ストライプ領域の下では、前記半田が前記発光ストライプ領域と前記電極層を直接接続し、
前記隣接領域の直下では、前記半田が前記隣接領域と前記バリア層を直接接続することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記発光ストライプ領域の下では、前記延伸部より内側で前記半田の一部である第１半田が前記発光ストライプ領域と前記電極層を直接接続し、前記第１半田より内側で前記半田の一部である第２半田が前記発光ストライプ領域と前記バリア層を直接接続していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
平面視で前記第１半田は前記第２半田を挟み、前記延伸部は前記第１半田を挟むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
前記延伸部は前記半田が前記レーザチップの金メッキ層と反応することで濡れ広がってできたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田の幅は前記レーザチップの幅より小さいことを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田は、平面視で前記第１端面側の幅が前記第２端面側の幅より小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田は、平面視でテーパ形状であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田は、前記第１端面側の幅が前記発光ストライプ領域の幅より大きいことを特徴とする請求項９又は１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田の幅は、前記第１端面側で前記レーザチップの幅より小さく、前記第２端面側で前記レーザチップの幅より大きいことを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田の幅は、前記第２端面側で前記レーザチップの幅より大きいことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
前記加熱前の前記半田は、前記第１端面側で前記第２端面側より厚くなっていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記レーザチップの前端面が前記第１端面側に位置し、前記レーザチップの後端面が前記第２端面側に位置することを特徴とする請求項９から１４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
第１端面と前記第１端面に対向する第２端面とを有するサブマウント基板と、前記サブマウント基板の上に設けられた電極層と、前記電極層の上に設けられ前記第１端面の直上から前記第２端面の直上に達するバリア層と、前記バリア層に接し前記第１端面の直上から前記第２端面の直上に達する半田と、を有するサブマウントを用意することと、
発光ストライプ領域と、前記発光ストライプ領域の左右の隣接領域と、を有するレーザチップを、前記半田の上にのせ、前記第１端面の直上と前記第２端面の直上に前記レーザチップを位置させることと、
前記半田を加熱し、前記第１端面の直上から前記第２端面の直上にわたって、前記半田で前記レーザチップと前記バリア層を直接接続することと、を備え、
前記加熱前の前記半田は、前記第１端面の直上と、前記第２端面の直上で、前記サブマウントの中央の直上よりも薄いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記バリア層はＰｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐｄ又はＣｏを含むことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記電極層はＴｉ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｐｔ又はＡｕを含むことを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記電極層は前記サブマウント基板の全面に形成されたことを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。