KR20010061973A - 반도체 레이저 소자의 제조 방법, 마운팅 기판 및 지지 기판 - Google Patents

반도체 레이저 소자의 제조 방법, 마운팅 기판 및 지지 기판 Download PDF

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KR20010061973A
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오자와마사후미
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이데이 노부유끼
소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

제조에 요하는 시간을 단축할 수 있고, 가열에 의한 성능 열화를 방지할 수 있는 반도체 레이저 소자의 제조 방법, 및 반도체 레이저 소자의 제조 방법에서 사용되는 배치 기판과 지지 기판을 제공한다. 레이저 칩, 서브마운트(sub-mount) 및 히트 싱크(heat sink)를 겹쳐 맞추어 서로 접착함으로써 반도체 레이저 소자를 형성한다. 레이저 칩은 결정(結晶) 기판의 동일면측에 p측 전극 및 n측 전극을 형성하여 이루어지는 것이며, 서브마운트는 지지체의 표리면(表裏面)에 표면 땜납막 및 이면 땜납막을 형성하여 이루어지는 것이다. 레이저 칩, 서브마운트 및 히트 싱크를 겹쳐 맞추면, 레이저 칩과 서브마운트 사이에는 표면 땜납막이 위치하고, 서브마운트와 히트 싱크 사이에는 이면 땜납막이 위치한다. 이와 같이 겹쳐 맞춰진 레이저 칩, 서브마운트 및 히트 싱크에 열 및 압력을 가함으로써, 표면 땜납막 및 이면 땜납막이 용융(溶融)되어, 레이저 칩, 서브마운트 및 히트 싱크가 서로 동시에 접착된다.

Description

반도체 레이저 소자의 제조 방법, 배치 기판 및 지지 기판 {METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND MOUNTING PLATE AND SUPPORTING PLATE}
본 발명은 기체(基體)의 동일면측에 반도체층 및 전극막이 형성된 레이저 칩을 포함하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법, 및 그 제조 방법에서 사용되는 배치 기판 및 지지 기판에 관한 것이다.
최근, 단파장광의 광원으로서, GaN 등의 질화물(窒化物) 반도체를 사용한 반도체 레이저 소자를 가지는 반도체 발광 장치가 개발되어 있다. 일반적으로, 질화물 반도체를 사용한 반도체 레이저 소자에서는, 사파이어(Al2O3) 등의 기체 상에, 질화물 반도체로 이루어지는 n형층, 활성층 및 p형층이 차례로 적층 형성되어 있다. 반도체 레이저 소자의 한 쌍의 전극막 중, p측 전극은 반도체층의 최상층인 p형층 상에 형성되고, n측 전극은 p형층 및 활성층의 에칭에 의해 노출된 n형층 상에 형성된다. 여기에서는, 기체, 반도체층, p측 전극 및 n측 전극을 통틀어 레이저 칩(laser chip)이라고 부른다.
일반적으로, 레이저 칩은 그 반도체층이 발생한 열을 효율적으로 방산(放散)할 수 있도록, 비교적 열 전도율이 큰 금속 등으로 이루어지는 지지 기판(히트 싱크(heat sink)라고도 함)에 의해 지지되어 있다. 또, 레이저 칩과 지지 기판 사이에는, 절연 재료로 이뤄지는 지지체에 리드(lead) 전극부를 형성하여 이루어지는 배치 기판(서브마운트(sub-mount)라고도 함)이 설치되어 있다. 종래의 반도체 레이저 소자의 제조 방법에서는, 먼저 배치 기판과 지지 기판을 땜납에 의해 접착하고, 이어서 그 배치 기판과 레이저 칩을 땜납에 의해 접착하도록 하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 반도체 레이저 소자의 제조 방법에서는 2회의 접착 공정을 거쳐야 하기 때문에, 반도체 레이저 소자의 제조에 요하는 시간이 길어진다고 하는 문제가 있다. 또한, 땜납을 용융(溶融)시키기 위한 열처리를 2회 행하여야 하기 때문에, 열처리의 반복에 의해 반도체 레이저 소자의 성능 열화를 일으킨다고 하는 문제도 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은 제조에 요하는 시간을 단축할 수 있고, 또한 가열에 의한 성능 열화를 억제할 수 있는 반도체 레이저 소자의 제조 방법, 및 배치 기판과 지지 기판을 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태의 반도체 레이저 소자가 사용된 반도체 발광 장치의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 반도체 발광 장치에서의 반도체 레이저 소자의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 반도체 레이저 소자의 레이저 칩의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2에 나타낸 반도체 레이저 소자의 배치 기판 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 도 2에 나타낸 반도체 레이저 소자의 지지 기판 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 2에 나타낸 반도체 레이저 소자의 제조 방법에서의 접착 공정을 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태의 변형예에 관한 반도체 레이저 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 제조 방법은 레이저 칩, 배치 기판 및 지지 기판을 서로 동시에 접착시키는 공정을 포함한다.
본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 배치 기판은 기체에 반도체층을 형성하여 이루어지는 레이저 칩과 접착되어 사용되는 배치 기판으로서, 지지체와, 이 지지체의 한 쌍의 면에 각각 형성된 제1 땜납막 및 제2 땜납막을 구비하고 있다.
본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 지지 기판은 반도체층을 포함하는 레이저 칩을 소정의 배치 기판을 통해 지지하는 지지 기판으로서, 기판 본체의 최소한 일면에 땜납막을 구비하고 있다.
본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 제조 방법에서는, 레이저 칩, 배치 기판 및 지지 기판이 서로 동시에 접착되기 때문에, 접착 작업을 2회 반복할 필요가 없다.
본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 배치 기판에서는, 이 배치 기판의 한쪽면에 레이저 칩을 겹쳐 맞추고, 배치 기판의 다른 쪽면에 지지 기판을 겹쳐 맞춤으로써, 레이저 칩과 배치 기판이 제1 땜납막에 의해 접착되고, 동시에 배치기판과 지지 기판이 제2 땜납막에 의해 접착된다.
본 발명에 의한 반도체 레이저 소자의 지지 기판에서는, 이 지지 기판의 한쪽면에 배치 기판을 위치하게 함으로써, 배치 기판과 지지 기판이 땜납막에 의해 접착된다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
[제1 실시 형태]
도 1은 제1 실시 형태에 관한 반도체 레이저 소자(1)가 사용된 반도체 발광 장치(100)의 일예를 나타낸 도면이다. 반도체 발광 장치(100)는 반도체 레이저 소자(1)와, 이 반도체 레이저 소자(1)를 덮는 소정 형상의 패키지(10)를 구비하여 구성되어 있다. 패키지(10)는 원판 형상의 지지 디스크(11)와, 이 지지 디스크(11)에 부착되는 원통 형상의 덮개(12)를 가지고 있다. 덮개(12)의 길이 방향의 일단면은 폐색되어 있지만, 그 일단면에는 반도체 레이저 소자(1)로부터 사출된 레이저 빔을 패키지(10) 밖으로 꺼내기 위한 창(12a)이 형성되어 있다. 덮개(12)는, 예를 들면 동(Cu) 또는 철(Fe) 등의 금속에 의해 구성되어 있으며, 창(12a)은 투명한 유리 또는 수지에 의해 구성되어 있다. 지지 디스크(11)는 동 또는 철 등의 금속에 의해 구성되어 있고, 그 표면(도 1에서의 전면(前面))에는 반도체 레이저 소자(1)가 형성되어 있다. 여기에서, 반도체 레이저 소자(1)는 본 발명에서의 "반도체 레이저 소자"에 대응한다.
도 2는 반도체 레이저 소자의 구조를 나타낸 단면도이다. 반도체 레이저 소자(1)는 반도체층을 포함하는 레이저 칩(20), 이 레이저 칩(20)이 탑재된 서브마운트(30), 및 이들을 지지하는 히트 싱크(40)를 구비하여 구성되어 있다. 히트 싱크(40)는 레이저 칩(20)이 발하는 열을 방산하기 위한 것이며, 열 전도율이 큰 금속 등에 의해 형성되어 있다. 서브마운트(30)는 레이저 칩(20)과 히트 싱크(40) 사이에 개재(介在)되고, 레이저 칩(20)의 후술하는 전극(2a, 2b)에 접속되는 리드 전극층(32, 33)을 가지는 것이다. 여기에서, 레이저 칩(20)은 본 발명에서의 "레이저 칩"의 한 구체예에 대응한다. 또, 서브마운트(30)는 본 발명에서의 "배치 기판"의 한 구체예에 대응하고, 히트 싱크(40)는 본 발명에서의 "지지 기판"의 한 구체예에 대응한다. 그리고, 도 2 및 이하에 설명하는 도 3 내지 도 7에서는, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)는 각각 두께 방향의 치수를 과장하여 나타내도록 한다.
도 3는 도 2에 나타낸 반도체 레이저 소자(1)의 레이저 칩(20)의 구조를 나타낸 단면도이다. 레이저 칩(20)은 사파이어(Al2O3)로 이루어지는 결정 기판(21)을 가지고 있다. 그리고, 결정 기판(21)으로서는, 사파이어 외에 스피넬(MgAl2O4), 질화 갈륨(GaN), 규소(Si) 또는 탄화 규소(SiC)를 사용하여 형성해도 된다. 결정 기판(21)의 표면에는, 예를 들면, 규소 등의 n형 불순물이 도프(dope)된 n형 GaN으로 이루어지는 n형 콘택트층(22)이 형성되어 있다. n형 콘택트층(22)의 두께는, 예를 들면, 약 4㎛이다. n형 콘택트층(22)의 표면에는, 규소 등의 n형 불순물이 도프된 n형 AlGaN으로 이루어지는 n형 클래드층(23)이 형성되어 있다. n형 클래드층(23)의 두께는, 예를 들면, 약 1.2㎛이다.
n형 클래드층(23)의 표면에는, InGaN에 의해 구성된 활성층(24)이 형성되어 있다. 활성층(24)은, 예를 들면, 광 구속층(light-trapping layer)을 가지고 구성되는 것이며, 이른바 발광층으로서 기능하는 것이다. 활성층(24)의 표면에는, Mg 등의 p형 불순물을 도프한 p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 클래드층(25)이 형성되어 있다. p형 클래드층(25)의 두께는, 예를 들면, 약 0.8㎛이다. p형 클래드층(25)의 표면에는, 예를 들면, Mg 등의 p형 불순물을 도프한 p형 GaN으로 이루어지는 p형 콘택트층(26)이 형성되어 있다. p형 콘택트층(26)의 두께는, 예를 들면, 약 0.3㎛이다. p형 클래드층(25) 및 p형 콘택트층(26)의 일부는 에칭에 의해 제거되어 있고, p형 클래드층(25) 및 p형 콘택트층(26)을 끼워넣도록 산화 규소, 알루미나(Al2O3) 등의 절연막으로 이루어지는 협착층(狹窄層)(27)이 형성되어 있다.
p형 콘택트층(26)의 표면에는, p측 전극(2a)이 형성되어 있다. p측 전극(2a)은, 예를 들면, p형 콘택트층(26)측으로부터 차례로 니켈(Ni)층 및 금(Au)층을 적층하여 가열 처리에 의해 합금화한 것이다. n형 콘택트층(22), n형 클래드층(23),활성층(24), p형 클래드층(25) 및 p형 콘택트층(26)은 에칭에 의해 부분적으로 제거되어 있으며, n형 콘택트층(22)의 일부가 노출되어 있다. 이 n형 콘택트층(22)의 노출 표면에 n측 전극(2b)이 형성되어 있다. n측 전극(2b)은, 예를 들면, n형 콘택트층(22)측으로부터 차례로 티탄(Ti)층, 알루미늄(Al)층 및 금층을 적층하여 가열 처리에 의해 합금화한 것이다. p측 전극(2a) 및 n측 전극(2b)은 모두 도 2에서 지면(紙面)에 수직 방향으로 띠형으로 길게 형성되어 있다. 또, p측 전극(2a)이 n측 전극(2b)보다, 예를 들면, 약 3.5㎛ 돌출되어 있다.
여기에서, 결정 기판(21)은 본 발명에서의 "기체"의 한 구체예에 대응한다. 또, n형 콘택트층(22)으로부터 p형 콘택트층(26) 및 협착층(27)까지의 적층체가 본 발명에서의 "반도체층"의 한 구체예에 대응한다. p측 전극(2a) 및 n측 전극(2b)은 본 발명에서의 "한 쌍의 전극막"의 한 구체예에 대응한다.
도 3의 지면에 레이저 칩(20)의 수직 방향에서의 양단부에는, 한 쌍의 도시하지 않은 반사경막이 형성되어 있다. 이 반사경막은, 예를 들면, 이산화 규소막과 산화 지르코늄(ZrO)막을 교대로 적층한 구조를 가지며, 한쪽 반사경막의 반사율이 다른 쪽 반사경막의 반사율보다 낮아지도록 되어 있다. 활성층(24)에서 발생한 광은 한 쌍의 반사경막 사이를 왕복하여 증폭된 후, 한쪽 반사경막으로부터 레이저 빔으로서 사출되도록 되어 있다.
도 4는 서브마운트(30)의 구조를 나타낸 단면도이다. 서브마운트(30)는 직방체 형상을 가지는 판형 부재인 지지체(31) 상에, 리드 전극층(32, 33) 및 땜납막(3a, 3b)을 형성하여 구성된 것이다. 지지체(31)는 절연성이 있고 열 전도율이 큰, 예를 들면, 다이아몬드(C), 산화 베릴륨(BeO), 동-텅스텐 합금(CuW), 질화 알루미늄(AlN), 입방정(立方晶) 질화 붕소(cBN), 규소(Si) 또는 탄화 규소(SiC)에 의해 구성되어 있다. 지지체(31)의 치수는, 예를 들면, 두께가 200㎛이며, 폭(도면 중 좌우 방향의 길이)이 0.6mm, 깊이(도면 중 깊이 방향의 길이)는 1mm이다.
지지체(31)의 상면은 평활면으로 되어 있고, 그 평활면 상에는, 예를 들면, 두께가 10㎛인 한 쌍의 리드 전극층(32, 33)이 형성되어 있다. 리드 전극층(32, 33)은 금 또는 금-석(錫) 합금(AuSn) 등에 의해 구성할 수 있다. 또는, 리드 전극층(32, 33)은 서브마운트(30)측으로부터 차례로 티탄층, 백금층 및 금층을 적층한 구조로 해도 된다. 이 리드 전극층(32, 33)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 지지 디스크(11)(도 1)에 설치된 핀(17, 18)(도 1)에 각각 와이어(W)를 통해 전기적으로 접속되어 있다. 또는, 리드 전극층(32, 33)의 어느 한쪽을 도시하지 않은 리드 전극에 의해, 이면 땜납막(3c)(도 5)에 전기적으로 접속하도록 해도 된다. 좌우의 리드 전극층(32, 33) 사이에는, 약 50㎛의 간격이 형성되어 있다. 여기에서, 지지체(31)는 본 발명에서의 "지지체"의 한 구체예에 적응한다. 또, 리드 전극층(32, 33)은 본 발명에서의 "한 쌍의 리드 전극부"의 한 구체예에 대응한다.
서브마운트(30)의 리드 전극층(32, 33)의 표면에는, 표면 땜납막(3a, 3b)이 각각 형성되어 있다. 표면 땜납막(3a, 3b)은 모두 석(Sn), 금-석 합금, 석-백금 합금(SnPt), 인듐-석 합금(InSn), 인듐(In) 등의 저융점 금속에 의해 형성되어 있다. 도면 중 좌측의 표면 땜납막(3a)의 두께는 약 3.5㎛이며, 도면 중 우측의 표면 땜납막(3b)의 두께는 7㎛이다. 즉, 표면 땜납막(3a)의 표면과 표면 땜납막(3b)의 표면 사이의 단차는 3.5㎛로 된다. 여기에서, 표면 땜납막(3a) 및 표면 땜납막(3b)은 본 발명에서의 "제1 땜납막"의 한 구체예에 각각 대응한다.
서브마운트(30)에서의 지지체(31)의 이면(즉, 리드 전극층(32, 33)이 형성된 면과 반대측의 면)에는, 이면 땜납막(3c)이 형성되어 있다. 이면 땜납막(3c)은 표면 땜납막(3a, 3b)과 동일하게, 석 등의 저융점 금속에 의해 형성되어 있으며, 그 두께는 약 4㎛이다. 서브마운트(30)에 이면 땜납막(3c)을 형성하도록 한 것은 납땜막을 히트 싱크(40)(도 5)와 같은 구조물 상에 형성하는 경우와 비교하여, 형성이 용이하기 때문이다.
도 5는 히트 싱크(40)의 형상을 나타낸 단면도이다. 히트 싱크(40)는 열 전도성이 큰 금속, 예를 들면, 동에 의해 구성된 기판 본체(41)의 표면에, 도금법에 의해 금층(42)을 형성하여 구성되어 있다. 도 5에 나타낸 예에서는, 기판 본체(41)는 거의 사다리꼴 형상이지만, 다른 형상이라도 된다. 그리고, 히트 싱크(40)에 금층(42)을 형성하도록 한 것은 석 등으로 이루어지는 이면 땜납막(3c)과 금층(42)이 합금을 형성하기 쉽기 때문이다. 또, 금은 안정된 금속이고, 그 표면에 불필요한 산화막이 형성되기 어렵기 때문이기도 하다.
[반도체 레이저 소자의 제조 방법]
다음에, 본 실시 형태에 관한 반도체 레이저 소자의 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 도 3에 나타낸 레이저 칩(20)을 형성한다. 즉, 예를 들면, 사파이어로 이루어지는 결정 기판(21)의 표면에, 예를 들면, MOCVD(Metal Organic ChemicalVapor Deposition)법에 의해, n형 GaN으로 이루어지는 n측 콘택트층(22), n형 AlGaN으로 이루어지는 n형 클래드층(23), GaInN으로 이루어지는 활성층(24), p형 AlGaN으로 이루어지는 p형 클래드층(25) 및 p형 GaN으로 이루어지는 p측 콘택트층(26)을 차례로 성장시킨다.
n측 콘택트층(22)으로부터 p측 콘택트층(26)까지의 각 층을 성장시킨 후, 리소그래피법을 이용하여 p형 콘택트층(26) 및 p형 클래드층(25)을 일부 에칭 제거하고, 거기에, 예를 들면, 절연 재료로 이루어지는 협착층(27)을 형성한다. 계속해서, 리소그래피법에 의해, p측 콘택트층(26), p형 클래드층(25), 활성층(24), 및 n형 클래드층(23)을 선택적으로 제거하고, n측 콘택트층(22)을 노출시킨다. 그 후, n측 콘택트층(22)의 노출 부분 상에 n측 전극(2b)을 선택적으로 형성한다. n측 전극(2b)을 형성한 후, p측 콘택트층(26) 상에 p측 전극(2a)을 선택적으로 형성한다.
p측 전극(2a) 및 n측 전극(2b)을 각각 형성한 후, 결정 기판(21)을 p측 전극(2a)의 길이 방향(도 3에서의 지면에 직교하는 방향)에 대하여 수직으로 소정의 폭으로 분할한다. 그 후, 분할된 한 쌍의 측면에 한쌍의 반사경막을 각각 형성한다. 각 반사경막을 각각 형성한 후, 결정 기판(21)을 p측 전극(2a)의 길이 방향과 평행으로 소정의 폭으로 분할한다. 이에 따라, 레이저 칩(20)이 형성된다.
이어서, 도 4에 나타낸 서브마운트(30)를 형성한다. 더욱 상세하게는, 예를 들면, 다이아몬드, 산화 베릴륨, 동-텅스텐 합금, 질화 알루미늄, cBN, 규소 또는 탄화 규소에 의해 구성된 지지체(31)의 표면에 리드 전극층(32, 33)을 도금, 스퍼터법 또는 증착법에 의해 형성한다. 계속해서, 리드 전극층(32, 33)의 표면에 저융점 금속으로 이루어지는 표면 땜납막(3a, 3b)을 증착법 등에 의해 형성한다. 또한, 지지체(31)의 이면에 저융점 금속으로 이루어지는 이면 땜납막(3c)을 증착법 등에 의해 형성한다. 이에 따라, 표면 땜납막(3a, 3b) 및 이면 땜납막(3c)을 구비한 서브마운트(30)가 형성된다.
다음에, 도 5에 나타낸 히트 싱크(40)를 형성한다. 상세하게는, 금속으로 이루어지는 기판 본체(41)의 표면에, 예를 들면, 도금에 의해 금층(42)을 형성한다. 그리고, 이 히트 싱크(40)는 지지 디스크(11)(도 1)와 일체로 형성되어 있거나, 미리 지지 디스크(11)에 부착되어 있는 것으로 한다.
계속해서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)를 접착한다. 이 때, 서브마운트(30)의 표리면에는 표면 땜납막(3a, 3b) 및 이면 땜납막(3c)이 형성되어 있기 때문에, 레이저 칩(20)과 서브마운트(30) 사이에는 표면 땜납막(3a, 3b)이 위치하게 되고, 서브마운트(30)와 히트 싱크(40) 사이에는 이면 땜납막(3c)이 위치하게 된다. 이 상태에서, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)를 겹쳐 맞추고, 가열 및 가압한다. 가압 시에 가하는 가중(加重)은, 예를 들면, 약 5g이며, 레이저 칩(20)의 단위 면적당 압력으로 환산하면, 약 1.2 ×10-4pa로 된다. 가열 온도는 표면 땜납막(3a, 3b) 및 이면 땜납막(3c)이 용융되도록, 예를 들면, 280℃ 정도로 한다. 이 가열 및 가압 처리는 땜납막(3a, 3b)의 산화를 방지하기 위해, 질소 가스(N2) 또는 수소 가스(H2) 또는 그들 혼합 가스의 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 도 2에 나타낸 바와 같이, 레이저 칩(20)과 서브마운트(30)가 표면 땜납막(3a, 3b)에 의해 접착되고, 동시에, 서브마운트(30)와 히트 싱크(40)가 이면 땜납막(3c)에 의해 접착된다. 또, 레이저 칩(20)의 p측 전극(2a) 및 n측 전극(2b)이 각각 서브마운트(30)의 리드 전극층(3a) 및 리드 전극측(3b)에 전기적으로 접속된다. 이와 같이, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)를 서로 동시에 접착하여, 일체화할 수 있다. 계속해서, 서브마운트(30)의 리드 전극층(32, 33)을 도시하지 않은 와이어 등을 통해 지지 디스크(11)(도 1)에 부착된 핀(17, 18)(도 1)에 접속한다. 이에 따라, 도 1에 나타낸 반도체 발광 장치(100)가 제조된다.
[실시 형태의 효과]
다음에, 본 실시 형태의 효과에 대하여 설명한다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)를 서로 동시에 접착하도록 했기 때문에, 레이저 칩(20)과 서브마운트(30)를 접착하는 공정과, 서브마운트(30)와 히트 싱크(40)를 접착하는 공정을 따로따로 행하는 경우와 비교하여, 제조에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 또, 가열 처리가 한번으로 끝나기 때문에, 가열 처리의 반복에 기인하는 레이저 칩(20)의 성능 열화를 억제할 수도 있다.
또한, 서브마운트(30)의 표리면에 표면 땜납막(3a, 3b) 및 이면 땜납막(3c)을 형성하도록 했기 때문에, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)를 겹쳐 맞추어 가열 및 가압하는 것만으로 이들을 일체화할 수 있어, 제조 공정이 간단해 진다. 또, 산화되기 쉬운 땜납막(표면 땜납막(3a, 3b) 및 이면 땜납막(3c))을모두 서브마운트(30)에 형성하도록 했기 때문에, 산화 방지를 위한 관리가 필요한 부품은 서브마운트(30)뿐이 되며, 따라서, 부품의 보관 등이 간단해 진다.
본 실시 형태에서는, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)를 겹쳐 맞춘 후, 예를 들면, 5g의 가압력으로 가압하도록 했지만, 이 가압에 의한 효과에 대하여 설명한다. 즉, 본 실시 형태에 의해 제조한 반도체 레이저 소자(1)에 대하여 열저항을 측정한 바, 측정값은 12K/W였다. 이는 1W의 열량 투입에 대하여 12K의 온도 상승을 나타내는 것을 의미한다. 한편, 레이저 칩(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(40)를 가압하지 않고 접착하여 반도체 레이저 소자를 형성하고, 그 열저항을 측정한 바, 열저항은 28K/W였다. 이 측정 결과로부터 레이저(20), 서브마운트(30) 및 히트 싱크(30)를 가압하면, 가압하지 않은 경우보다 열저항을 작게 하는(즉, 일정한 투입 열량에 대한 온도 상승을 작게 하는) 것을 알 수 있었다. 이와 같이, 본 실시 형태에 의한 반도체 레이저 소자의 제조 방법에 의하면, 열저항을 작게 함으로써, 반도체 소자의 수명을 길게 하고, 나아가, 일정한 성능을 장기간에 걸쳐 유지하는 것이 가능하게 된다.
본 실시 형태에 의해 제조한 반도체 레이저 소자(1)와, 가압 처리를 행하지 않고 제조한 반도체 레이저 소자의 각각에 대하여 수명을 측정했을 때, 본 실시 형태에 의해 제조한 반도체 레이저 소자(1)가 가압 처리를 행하지 않고 제조한 반도체 레이저 소자의 2.5배의 수명을 나타내는 것을 알 수 있었다.
[변형예]
도 7은 본 실시 형태에서의 반도체 레이저 소자 제조 방법의 변형예를 나타낸 도면이다. 이 변형예에서는, 서브 마운트(30A)의 표리면에 땜납막을 형성하는 대신, 서브마운트(30A)의 표면과 히트 싱크(40A)의 표면에 각각 땜납막을 형성하도록 하고 있다. 이하, 제1 실시 형태와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 서브 마운트(30A)의 지지체(31)의 표면(리드 전극층(32, 33)의 위)에는 표면 땜납막(3a, 3b)이 형성되어 있지만, 서브마운트(30A)의 이면에는, 제1 실시 형태와 같은 이면 땜납막(3c)(도 4)은 형성되어 있지 않다. 한편, 히트 싱크(40A)의 금층(42) 표면에는, 석 등의 저융점 금속으로 이루어지는 히트 싱크측 땜납막(4a)이 형성되어 있다. 레이저 칩(20)은 제1 실시 형태와 아주 동일하게 구성되어 있다. 여기에서, 히트 싱크측 땜납막(4a)은 본 발명에서의 「제2 땜납막」의 한 구체예에 대응한다.
이와 같이 구성된 레이저 칩(20), 서브마운트(30A) 및 히트 싱크(40A)를 겹쳐 맞추고, 제1 실시 형태와 동일하게 가열 및 가압하면, 레이저 칩(20)과 서브마운트(30A)는 표면 땜납막(3a)에 의해 접착되고, 서브마운트(30A)와 히트 싱크(40A)는 히트 싱크측 땜납막(4a)에 의해 접착된다. 따라서, 이 변형예에 의하면, 제1 실시 형태와 동일하게, 레이저 칩(20), 서브마운트(30A) 및 히트 싱크(40A)를 서로 동시에 접착하는 것이 가능하게 되어, 제조에 요하는 시간을 단축할 수 있다. 또, 가열의 반복이 불필요하게 되기 때문에, 열에 의한 레이저 칩(20)의 성능 열화가 억제된다.
이상, 실시 형태 및 변형예를 들어 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이들실시 형태 및 변형예에 한정되지 않고, 여러가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 제1 실시 형태에서는, 표면 땜납막(3a, 3b) 및 이면 땜납막(3c)을 배치 기판(30)의 표리면에 형성했지만, 표면 땜납막(3a, 3b) 또는 이면 땜납막(3c)을 박(箔) 형상으로 형성하고, 이 박을 레이저 칩과 배치 기판 사이, 및 배치 기판과 지지 기판 사이에 각각 삽입하도록 해도 된다. 또, 반도체 발광 소자(100)의 구조로서는, 도 1에 나타낸 것 외에, 여러가지의 구조가 가능하다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 반도체 레이저 소자의 제조 방법에 의하면, 레이저 칩, 배치 기판 및 지지 기판을 서로 동시에 접착하도록 했으므로, 배치 기판과 지지 기판을 접착한 다음 레이저 칩과 배치 기판을 접착하는 경우와 비교하여, 제조 공정을 단축할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다. 또, 접촉 시에 가열이 수반되는 경우라도, 반복 가열을 행할 필요가 없기 때문에, 열에 의한 레이저 칩의 성능 열화가 억제된다.
본 발명의 한 양태의 반도체 레이저 소자의 제조 방법에 의하면, 레이저 칩과 배치 기판 사이에 제1 땜납막을 배치하고, 배치 기판과 지지 기판 사이에 제2 땜납막을 배치하도록 했으므로, 간단한 방법으로, 레이저 칩, 배치 기판 및 지지 기판을 서로 동시에 접착할 수 있다.
본 발명의 반도체 레이저 소자의 배치 기판에 의하면, 배치 기판의 한 쌍의 면에 각각 제1 땜납막 및 제2 땜납막을 형성하도록 했으므로, 이 배치 기판의 한쪽 면측에 레이저 칩을 겹쳐 맞추고, 다른 쪽 면측에 지지 기판을 겹쳐 맞춤으로써,간단히 반도체 레이저 소자를 형성할 수 있다.
본 발명의 반도체 레이저 소자의 지지 기판에 의하면, 최소한 지지 기판의 일면에 땜납막을 구비하도록 했으므로, 이 지지 기판 상에 배치 기판을 겹쳐 맞추는 동시에, 배치 기판에 레이저 칩을 (땜납막 등을 통해) 겹쳐 맞추고, 필요에 따라 열과 압력을 가함으로써, 간단히 반도체 레이저 소자를 형성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 대하여 설명했으나, 여러가지 변형 및 변경이 가능하고, 다음의 특허 청구의 범위 내에서 변형 및 변경을 가하여 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 기체(基體)에 반도체층을 형성하여 이루어지는 레이저 칩, 상기 레이저 칩을 지지하는 지지 기판, 및 상기 레이저 칩과 상기 지지 기판 사이에 형성된 배치 기판을 구비하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법으로서,
    상기 레이저 칩, 상기 배치 기판 및 상기 지지 기판을 서로 동시에 접착하는 공정을 포함하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접착 공정에서, 상기 레이저 칩과 상기 배치 기판 사이에 제1 땜납막이 존재하도록 하고, 또한 상기 배치 기판과 상기 지지 기판 사이에 제2 땜납막이 존재하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 접착 공정은 상기 레이저 칩, 상기 배치 기판 및 상기 지지 기판을 겹쳐 맞추어 가열하고, 상기 제1 땜납막 및 상기 제2 땜납막을 용융(溶融)시키는 공정을 포함하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가열 공정에서, 상기 레이저 칩, 상기 배치 기판 및 상기 지지 기판을가압하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 땜납막 및 상기 제2 땜납막을 상기 배치 기판의 한 쌍의 면에 각각 형성하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 땜납막을 상기 배치 기판의 일면에 형성하고, 상기 제2 땜납막을 상기 지지 기판의 일면에 형성하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 땜납막 및 상기 제2 땜납막을 서로 동일한 재질에 의해 구성하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접착 공정에서는, 상기 레이저 칩에서 상기 반도체층이 형성된 측의 면을 상기 배치 기판에 접착하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레이저 칩에서, 상기 반도체층이 형성된 측의 면에 한 쌍의 전극막을형성하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배치 기판에서, 상기 레이저 칩이 접착되는 면에 상기 한 쌍의 전극막에 접속되는 한 쌍의 리드 전극부를 형성하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 칩에서, 상기 반도체층이 질화물 반도체로 이루어지는 층을 포함하도록 하는 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  12. 반도체 레이저 소자에 있어서, 기체에 반도체층을 형성하여 이루어지는 레이저 칩과 접착되어 사용되는 배치 기판으로서,
    한 쌍의 면을 가지는 지지체, 및
    상기 지지체의 한 쌍의 면에 각각 형성된 제1 땜납막 및 제2 땜납막을 구비하는 반도체 레이저 소자의 배치 기판.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 지지체는 절연 재료에 의해 구성되어 있는 반도체 레이저 소자의 배치 기판.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 배치 기판은 상기 레이저 칩에 형성된 한 쌍의 전극에 접속되는 한쌍의 리드 전극부를 추가로 구비하는 반도체 레이저 소자의 배치 기판.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 땜납막은 상기 한 쌍의 리드 전극부의 표면에 형성되어 있는 반도체 레이저 소자의 배치 기판.
  16. 반도체 레이저 소자에 있어서, 반도체층을 포함하는 레이저 칩을 소정의 배치 기판을 통해 지지하는 지지 기판으로서,
    기판 본체의 최소한 일면에 땜납막을 구비하는 반도체 레이저 소자의 지지 기판.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 지지 기판은 금속에 의해 구성되어 있는 반도체 레이저 소자의 지지 기판.
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