TW434918B - Method for manufacturing a semiconductor-laser element - Google Patents

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頌請委員明示：·4-资終.，¼是否變更原實質内容 Μ濟部中央榇準局員工消费合作社印裝 五、發明説明（/ ) 本發明偽關於半導體雷射组件之製造方法，其中有_ 商半導體本體固定於載板上，半導體本體至少在表面之 部份區域上具有頂層β 為了保持半導體當射組件不會因過熱而受到損害，通 常將其安裝在冷卽體上，此種冷部體之構造需使半導證 本體中産生之熱損耗快速發射至周圍環境中。 由德國公開之文件DE 43 15 580中已知有一種雷射二 極體晶片和所謂微通道吸熱元件（Sink)所構成之配置^ 在製造此種配置時，雷射二極體晶片在製造結束後焊接 在微通道吸熱元件（MKWS)之頂板上，微通道吸熱元件由 ;許多銅片構成。由於銅和半導體材料不同的熱膨脹係數， 因此需使用一種塑膠性可變形之焊接材料。 雷射二極體晶Η和頂板之間的連接就其熱性，電性和 機铖性質而言必須盡可能在整脑連接區域上具有很高的 均匀性.使得在半導體本諼和底板之間可産生一種均@ 的電流通道及熱通道。不均勻的熱性及/或電性在雷射 二極體晶Η中會導致不均匀之熱分佈及/或電流分佈， 這樣例如會加速老化且在極端倩況下可導致雷射二極s 晶片之損廣β 在半導體本髏表面受到某種材料污染使得焊接只能-部份拈溼表面或根本不能沾溼表面時（在雷射二極 片中通常都.是這種情形)，則實現上述之裔求是特別困難的。在 雷射二極體晶片之半導體本體中，表面大部份會受到反射材$ (例如，AU 〇3 , Situ , Si, SiC 及/ 或 Sis N+ )之污染 ，此種反射材料在半導髏本體製成之後直接沈積在其側面^’ -3-

-^F先閱讀背面之注意事項再填寫本瓦) : I » -I . -1·1* _ ____一_-—---- 本紙悵尺度逋用中國國家標卒（CNS〉Λ4规格（2ί〇Χ2()7公浼） 434918 A7 B7 經濟部_央標隼局員工消費合作杜印製 五、發明説明（ > ) 這 反 射 層 形 成 雷 射 之 光 學 共 振 器 Ο 以 此 種 方 式 > 則 預 防 半 導 體 本 體 之 接 觸 面 受 污 染 幾 乎 是 不 可 避 免 的 或 在 技 術 上 需 要 極 ^r 问 之 費 用 Ο ”接觸面” 之 意 義 是 半 導 體 本 體 之 表 面 中 接 觸 板 (例如底板） 或 金 屬 化 接 觸 被 沈 積 之 此 部 份 的 同 一 區 域 〇 直 至 現 在 此 問 題 經 常 之 解 決 方 式 是 t 在 沈 積 反 射 層 之 後 將 半 m 體 本 髅 之 接 fts 觸 面 U)洗淨。 但此種洗淨方式第 一 是 需 要 額 外 之 步 驟 9 第 二 是 使 半 導 體 本 體 增 加 破 碎 之 危 險 C 第 二 項 缺 點 UfaLL 對 由 II I- V- 半 導 體 材 料 (例如， G a A s * 1 A 1 Ga As 或 In A 1 Ga As)所製成之半導體本體特別容易 發 生 〇 本 發 明 之 的 因 此 疋 發 展 一 種 上 述 技 藝 之 方 法 猙 此 方 法 可 避 免 半 導 體 本 體 之 接 ΛΕ* m 面 (η)受到可沾溼之不良 材 料 所 污 染 〇 此 百 的 將 利 用 具 有 申 請 專 利 範 圍 第 1 項 之 特 激 的 方 法 來 解 決 ΰ 本 發 明 之 設 計 方 式 疋 將 半 導 體 本 體 固 定 於 載 板 之 後 進 行 頂 層 之 沈 積 〇 在 本 發 明 之 方 法 的 較 有 利 之 其 它 形 式 中 > 載 板 由 一 種 不 但 具 有 良 好 導 熱 性 而 且 具 有 良 好 導 電 性 之 材 料 所 構 成 0 這 樣 具 有 特 殊 之 優 點 « 載 板 可 同 時 作 為 電 性 接 點 及 / 或 熱 學 上 之 接 點 〇 在 本 發 明 之 方 法 的 有 利 實 施 形 式 中 將 使 用 一 種 具 有 類 似 於 半 導 體 本 體 中 半 導 4 體 材 料 之 熱 膨 脹 數 的 材 料 以 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 ^3491 3 Α7 Β7 五、發明説明（> ) 用於載板中，因此可減少半導體雷射组件中待殊之機械 應力。 在本發明之方法的待別有利之實施形式中，頂層是一 種反射雇且半導體本髏定位於載板上，使半導驩本體至 少在俩面上能以載板之側面準確地相鄰接、以此種方式， 至少在這些側面上可製造一種具有非常均匀之厚度的頂 層。 在本發明之方法的另一較有利之其它方式中，在半導 體本體兩橱相對之侧面上各塗佈一層反射靥。此一反射 層例如可形成此半導體雷射組件之共振器。 Ψ 本發明之方法的其它有利形式在於半導體本體藉硬焊 料而固定於載板上β因此可確保一種非常穩定且持久之 連接。 在本發明之方法的特別有利之實施形式中，半導體本 釋需定位於載板上，使半導體本體至少在側面上能以載 板之侧面準確地相鄰接，由半導骽本體發出之雷射光束 則由側面送出。這樣可有利地在雷射光束射出半導體本 龌之後將雷射光束之干擾減至最低。 載板之有利的實施形式在於：至少有一正面（最好是 鄰接半導體本體之雷射光束射出面>霈傾斜使其對雷射 光束射出面形成一値介於90°和180。之間的角度。因 此可有利地達成最大的熱發散，同時在雷射光束由半導 體本體射出之後所産生之干慶為最小。 此外，當頂層重疊於載板之上而形成時，邸，頂靥亦 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210 X 25>7公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

4349 j 8 A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（4 ) 覆蓋載板之一部份時，這種方式亦是有利的，其所具有 之持殊優點為：己知頂層恃別容易在邊緣區域産生之不 均勻性不會發生在半導體本體上。 本發明更有利之其它形式敘述於申請專利範圍各項之 内容中，且描述於以下之實施例中。 本發明將依據和第1圖及第2圔相關之兩個實施例詳 細説明於下。圔式簡單説明如下： 第la至lc圖本發明所示方法之_解。 第2圖依據本發明之方法所製造之半導體雷射組件的 ,圖解。 第3圖另一依據本發明之方法所製造之半導髏雷射組 y Η 件的圖解。 在這些画中，相同或相同功用之組件以相同之參考符 號表示。 .’ _ 在第la至lc圖中，以圖解顯示依據本發明之方法由側 面發光之雷射二極體的製造。在第一步驟中，具有以雷 射驅動的t>n接合2 (例如由GaAs,AlGaAs及/或InAlGaAs 構成）之半導體本體1固定於載板3上（第la_)。厚度 介於20徹米in)和100徹米之間的載板：ί由鉬（Molybdan) 或其它材料構成，此種材料具有類似於半導體本體1之 材料的熱膨脹偽數，良好的熱傳導性及導電性。使用一 種硬焊料（例如一種AuSn合金）作為半導體本體1和載板' 3之間的連接劑4,但亦可使用導熱性和導電性之黏合 材料。在半導體本體1例如藉蒸鍍，濺鍍或浸人液化連… rr^Bip (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝' ,1 I _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 4 3 4 9 1 8 A7 B7 經濟部中夬標率局貝工消費合作社印装 五、發明説明（r ) 接劑以便固定之前，連接劑4需塗佈在半導體本醴1之 上或載板3之上，其層之厚度則介於1徹米（《πι)和2微 米之間。連接劑4可能需要的結構可藉光罩技術或照相 平販術來完成。為了改進載板3和半導體本體1之焊接 性質及/或焊接連接方式之連缠性，可將導電性之黏合 介質（例如，TiPt-Au層序列，TiPd-Au靥序列或其它適 當之材料）塗佈在載板3及/或半導體本體1上。此種 厚度例如大約為1微米之金（Au)層可改進焊料和鉑（Pt) 或耙（Pd)之間的沾溼性。 , 半導體本體1與載板3之間的連接可例如以雷射光6 照射載板3之下側5而完成。此種過程在第lc_ ^以箭頭 16表示且另外可簡短地以雷射焊接來表示。但此行之專 家亦可使用毎一種其它適當的已知之焊接方法。 高功率之半導體雷射較適合於雷射焊接。利用此種雷 射，則能以簡單之方式正確地調整焊接過程之焊接溫度 及時間長短。鼸於此點，載板3較小之厚度可較有利地 發生效用，由於與此相關之較小的熱吸收，因此可非常 正確地得到一種所希望之溫度時間闋偽，此種溫度時間 關傜對於製造均勻且可複製之焊接點而言，大家都知道 是具有重要意義的。 在下一步驟中，將接觸板8塗佈於半導體本體1之上 面7 (第lb_ ) β接觸板例如由和載板3相同之材料構成且 同樣藉雷射焊接來固定，再使用一種硬焊料（例如，金 (Au)或AuSn合金）作為連接劑9。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210 X 297公釐） I----.---1 裝------ΐτ----^— —> . , - - - 一 ' · (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 五 明 説 明 發 A7 B7 金 佈 3塗 由 } 如者 例成 t構 所 金 合 之 主 為 鋁 以 或 金 8,以 板 ， 觸η 接(A 用鋁 不 ， 若U) 屬 金 觸 接 <11 種 一 用 使 可 則 板 觸 接 時70 要側 必上 。個 上整 1 之 體 1 本體 體本 導體 半導 在半 蓋 覆 可藤 金 觸 接 或 接 或 8 板 觸 接 多 許 地 白y- 樣 同 導 半 在 佈 塗 可 屬 金 觸 ο 7 側 上 之 在射 定反 固將 S 鍍 板濺 觸或 接鍍 將蒸 0 可之 如 1 例體 -本 後體 之導 側半 上在 之佈 1 塗 體各 本13 體 ， 1 導12 體半層 面si 端1, 末s’ (m 上 及 或 si成 ’構 3 ο 料 2 材 A1光 由透 如可 例之 層 當 射適 反它 。其 3)或 圖 面或 表鍍 體蒸 導 。 半蝕 且腐 面 射 反 體 導 半 第 在 程 過 鍍 濺 及二 化此 氣 。 止示 防表 ΙΛ 6 Jy1 護頭 保箭 rtu fA 0 受中 需圖 I------/..;裝-- (请先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局t貝工消费合作社印¾ 反射層1 2 , 1 3形成 在第1 c圖所示之 對應於半導體本體 半導體本體1之兩 ,1 5齊平地相鄰接 3時不可避免之 1定位於載板3時 不能可靠地再複製 關於半導髖本體 必須’滿足_ : a )載板3由半導 尺寸必須在塗佈反 之差別π反射表面 此雷射二極體之光學共振器。 雷射二極體中，載板3之寬度正確地 1的兩値末端面10 , 11之間的距離，且 個末端面10,11與載板3之兩個倒面14 ，但由於在製造半導體本體1及載板 製造容許度以及在將半導體本體 之容許度，此種齊平地相鄰接之情況 〇 1及載板3之尺寸，下列之最低條件 體本體1之末端面10, 11往外突出之 射層時不會使末端面1 0 , 11造成撤小 之不均勻性會對半導體本體1中産生 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Λ4規格（210X 297公液） 訂 4349 A7 B7 經濟部中央標準局®:工消費合作社印製 五、發明説明（r ) 之雷射光造成干擾。 b) 在半導體本體1之光束射出面一面上，載板3之寬 度只需由半導體本體1往外突出，使雷射光不會由於由 載板3上之反射而受干擾。光束射出面就是雷射光由半 導體本體1射出之這一個側面。 c) 與上述二値_件同時，載板3必須確保有一最大之 散熱能力，因此載板3需力求有一盡可能較大之有效横 _切面。 依據上述本發明之方法所製造的半導體雷射組件圖解 <在第2画中，其中相對於第lc圖所示之半導體雷射組件 ,此載板3之有效横切面已予放大且同時滿足條件a)至 C)。與第lc圖中之半導體雷射組件之不同點為：與半導 體本體1之末端面10, 11相郯的載板3之側面14, 15需 作成斜面。介於側面1 4 , 1 5和載板3之下側1 6之間的角度 例如可為45° 。此一角度之大小和由半導體本體1發出 之雷射光1 7的發散性有關且可介於〇 °和9 0 °之間。此處 不使用接觸板8而是塗佈一種例如由鋁（ΑΠ構成之接阑 金屬18至半導體本體1上。此種載板3作成傾斜狀之其 它優點為：由此可達成一種較高之散熱能力。 圖解在第3画中之半導體雷射紐件具有一個和上述半 導體雷射組件不同之載板3,於載板3上形成一個連接 段19以便導電性地和半導體本體1相連接。載板3因此 ’ 可有利地同時作為電性接點〇此外，此處例如有一熱沈 (sink)20可導熱性地建接於載板3上。 -9 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ”裝_

I 訂 本紙張尺度適用中獨國家標準（CNS ) A4馬格（210X297公釐） 4349 1 8 at Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（〖） 載板3之材料具有和半導體本體1之半導體材料相類 似之熱膨脹傜數此種事實允許塗佈該反射層12, 13(已 如第lc圖中所示）使它們不僅覆蓋末端面10, 11,而旦 至少覆蓋載板3之側面14, 15的一部份區域。反射層12 ,13 (其至少在雷射驅動之pn接合2的區域中具有均勻 之厚度）之製造因此可大大地簡化。 在使用一種熱膨脹傑數和半導體材料大不相同之載板 材料時，反射層12, 13與載板3之此種重®現象是不容 許的。在半導體雷射組件加熱時，同樣地在反射層12, ,13中由於不同的熱膨脹性會産生巨大的機械應力，這在 極端情況時會導致反射層12, 13之斷裂，因此會破壞雷 射二極體。 本發明之方法還有其它優點：將穩定之載板3之下側 5上之污點去除是較由半導體本體1上去除污點還簡單 且無危害性。很多半導體材料，特別是G a A s，A I G a A s及 InAlGaAs，對機械應力特別敏感。同漾地在濺鍍之前， 半導體材料例如可藉光漆（Photo lack)覆蓋以避免污染。 顯示在第lc, 2及3圖中之半導體雷射組件可在上述 步驟及可能之其它步驟之後以簡易之方式安裝在冷卻體 上。冷卻體指的是例如由金剛石構成之板或由銅，矽或 塑瘳構成之徹通道熱沈（sink)。此種冷卻體是一般專家 所熟悉的且可依據材料不同而藉黏合，焊接或熔接方式 而固定於載板3上。就其它冷卻方式而言，亦可在接艏 板δ上安裝冷卻體〇 -10- (_先閲讀背面之注意事磺再填寫本頁) ，.裝 訂 .X. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4碑格（210Χ297公釐） 434818 A7 B7五、發明説明（$ ) 參m之.説明」.. ί ' ί 0 S .反δ屬 I i i金 之，3 u觸 :板側,lj接 2.載上12:: ,:之，168. 體5.髏面 ，1 本 *本端面 ， 體劑體末鯡 導接導 ：： 半連半 1 5 * * * 1X 1L ··*,*> 合 接 η Ρ 之 動 log 射 雷 板 钱 ΤΒΓ 板 ， 觸層 接射 光 射 雷 程 過 鍍

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Claims (1)

1. 4349 1 g A8 B8 C8 D8 fi 壤锋要負明-;:;衣^疹-'.後是否變更原貧質内容 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 第85111388號「半導體雷射組件之製造方法」專利案 (89年5月第二次修正） 芍申請専利範圍： 1. 一種半導體雷射組件之製造方法，其具有雷射驅動 之半導體本體（1)，反射層是在半導體本體（1)之二個相 對之側面上，載板是固定在半導體本體（1>之一個表面 上，其特徴爲：提供此種雷射驅動之半導體本體（1)以 及載板，使載板固定在半導體本體（1)之一個表面上， 然後施加各反射層至半導體本體（1)之相對之各側面 上。 2. 如申請專利範圍第.1項之方法，其中載板（3)由一種材 料所構成，此種材料不僅具有良好之導熱性，而且有 良好之導電性。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中載板（3)使用一 種材料，此種材料之熱膨脹係數和半導體本體（1)之半 導體材料的熱膨脹係數相接近- 4. 如申請專利範圍第1,2或3項之方法，其中半導體 本體（1)需定位於載板（3)上，使至少半導體本體（1>之側 面（1〇，11)能與載板（3)之側面（14，15>齊平地相鄰接。 5. 如申請専利範圍第1，2或3項之方法，其中載板（3) 選擇由飽（Mo)構成》 6.如申請專利範圍第1>2或3項之方法，其中可使用 硬焊料（4)以便將半導體本體（1)固定於載板(3)上。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公嫠） (請先閱讀背面之注項再填寫本頁) ...I-„-----：--^------装----ΓI--訂-- - r i -it tv— · τι 434918 修i£- ABCD 六、申請專利範圍 7·如申請專利範圔第4項之方法，其中可使用硬焊料（4) 以便將半導體本體（1)固定於載板（3)上。 8.如申請專利範圍第I，2或3項之方法，其中頂層（12,13) 是一種反射層且塗佈於半導體本體（1)之兩個相對之側 面（10,11)上。 9.如申請專利範圍第4項之方法，其中頂層（12,13)是 —種反射層且塗佈於半導體本體（1)之兩個相對之側面 (1〇，11)上。 10.如申請專利範圍第8項之方法，其中需將半導體本體（1) 定位於載板（3)上，使至少半導體本體（1)之側面（10或 11)能與載板（3)之側面（14，15)齊平地相鄰接，由半導體 本體（1)發出之雷射光（17)則由側面（10或U)射出。 U.如申請專利範圍第10項之方法，其中需選擇載板（3>使 其上側（18)之寬度大約等於半導體本體（1)之兩個相對 之側面（1 0，11)間之距離。 12.如申請專利範圍第10項之方法，其中需選擇載板（3)使 至少其側面（14,15)之一成爲傾斜面^ 13·如申請專利範圍第10項之方法，其中至少在載板（3)之 側面（14,15)中至少有一個側面之一部份塗佈至少一部 份反射層（12,13)。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----1 装-- 『 _ (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製