TW501319B - Method of manufacturing semiconductor laser device and mounting plate and supporting plate - Google Patents

Description

、發明說明Q) 發明背景 發明領域 其所具雷身 以及用於# 本發明係關於半導於+ ^ # 晶片之I iC _ a導體雷射裝置之製造方法 導體層與電極膜成型於基座之同側 相關技藝描述、去之安裝板與支撐板。 其中發^屮^含半導體雷射裝置在内之半導體發光裝置 (GaN)" /為短波光源之用之氮化物半導體如氮化鎵 置，复〃 况’使用氮化物半導體之半導體雷射裝

於藍二ίϋ半導體具11型層、主動層與p型層，依序堆 膜；；石(2:3)製成之基座上。在半導體雷射裝置之ΐ 野中，Ρ側電極成型於半導體層中最 衣夏 < 电 而η侧電極則成型於經韻·型層曰與中主取動上層^^型層之上 之上。此處所述之基座、半導體雷射、曰曼露出之Ώ型^ 統稱為雷射晶片。 則電極與η側電

雷射晶片一般均以由導熱率極高之金屬制 (亦稱之加熱槽）支樓’俾有效釋放半導題=成之支撐板 量。此外，位於雷射晶片與支撐板間之安=射產生之熱 底座）具位於以絕緣物質製成之支撐體之板（亦稱之下 傳統之半導體雷射裝置製造方法中分別从^導線電極。 與支撐板，以及安裝板與雷射晶片。 ^锡接合安裴板 然而，此傳統半導體雷射裝置製造方法中 步驟，延伸問題為所需半導體雷射裝置製、▲ ’需兩個接合 外，為熔化鍀錫之兩個加熱步驟，會導软t時間較長。此 〜次加熱造成之

第6頁 501319 五、發明說明（2) 半導體雷射裝置性能惡化。 發明摘要 本發明已解決上述問題。本發明之目的在提供半導體雷 射裝置之製造方法，可減少製造時間並抑制因熱造成之性 能惡化，以及安裝板與支撐板。 本發明之半導體雷射裝置製造方法，包含同時將雷射晶 片、安裴板與支撐板接合之步驟。 本發明之半導體雷射裝置之安裝板與雷射晶片之接合， ϋ一半導體層成型於基座上，安裝板所具之支撐體、第

銲錫膜與第二銲錫膜，均成型於支撐體的兩個表面上。 —^毛明之半導體雷射裝置以支撐板支撐雷射晶片，t呈 :半導體層，一預‘定之安裝板於其間，支撐板至少於i表 面之一具銲锡膜。 ’、衣

板導體雷射裝置製造方法中，’射晶片、安 ▲ fal可於同時間接合，無須兩步驟之接合過程。 農ί::;半導體雷射裝置之安裝板中，胃射晶片位於 藉第一 I曰姐*而支撐板位於安裝板之另一面，如此一來 二銲錫i將，=雷射晶片與安裝板接合，並於同時間以 本發板與支撐體接合。 板之一面，tt體雷射裝置之支撐板中，安裝板位於支 本發明之錫獏將安裝板與支撐體接合。 敘述中完敕^匕與更進一步之目的、特徵與優點將於下 I至現。 圖示簡述

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圖1所示為半導體發光裝置結構透視圖，其中即使用依 ♦明之具體實施例之半導體雷射裝置； 圖2所示為圖1半導體發光裝置中之半導體雷射裝置姓 圖3所示為圖1半導體發光裝置中之雷射晶片結構剖面 圖4所示為圖2半導體雷射裝置之安裴板結構剖面圖； 圖5所不為圖2半導體雷射裝置之支撐板結構剖面圖； 圖6所不為圖2半導體雷射裝置製造方法之接合製程 圖；以及

圖7所不為依本發明之具體實施例修改之半導體雷射裝 置製造方法描述剖.面圖。 、 較佳具體實施例詳述 參照相關圖示敘述本發明之具體實施例於後。 [第一具體實施例] 圖1為半導體發光裝置1 〇 〇示例，其中即使用依本發明之 第一具體實施例之半導體雷射裝置i。半導體發光裝置1〇〇 包含半導體雷射裝置1與以預定形狀覆蓋半導體雷射裝置i

之包裝10。包裝10具支撐碟U以及與支撐碟u相接之圓柱 蓋12。蓋縱向的一端封閉，但具一窗口 i2a，自半導 體雷射裝置1發射之雷射光可經由窗口穿透至包裝10之 外。蓋12係由如銅（Cu)或鐵（Fe)之金屬製成，窗口12a則 是由可穿透玻璃或樹脂製成。支撐碟丨丨係由如銅或鐵之金 屬製成，半導體雷射裴置1則成型於支撐碟丨1表面（圖}正

501319 五、發明說明（4) 面）。在此之半導體雷射裝置1係與本發明之”半導體雷射 裝置1f特例相符。 圖2所示為半導體雷射裝置1結構剖面圖。半導體雷射裝 置1所具之雷射晶片20含一半導體層，雷射晶片20接合於 其上之下底座30，以及支撐半導體雷射裝置1與下底座3〇 之散熱槽40。散熱槽40以導熱率極高之金屬製成，可釋放 雷射晶片20產生之熱量。下底座3〇位於雷射晶片20與散熱 槽40間，具導線電極層32、33，分別與後述之雷射晶片2〇 之電極2 a、2 b相接。在此之雷射晶片2 〇係與本發明之雷 射晶片π特例相符。下底座3 〇與本發明之|，安裝板”特例相 符。散熱槽4 0與本發明之"支撐板π特例相符。自圖2、圖 3至後述之圖7 ’雷‘射晶片20、下底座3〇與散熱槽40之厚度 均為誇大。 圖3所示為圖2半導體雷射裝置1中之雷射晶片20結構剖 面圖。雷射晶片2 0具由藍寶石（Α 12 〇3)製成之晶體基座2 1。 可以尖晶石（M g A “ 〇4)、氮化鎵（G a N )、石夕（S i)或碳化石夕 (SiC)取代藍寶石製成晶體基座21。成型於晶體基座？！表 面上之η型接觸層22 ’係由如η型摻雜矽之η型氮化鎵製 成。舉例之η型接觸層2 2厚度為4微米。成型於^型接觸層 22表面上者為η型電鑛層23 ’其係由如η型摻雜石夕之η型在呂 鎵氮化物（AlGaN)製成。舉例之η型電鍍層23厚度為i 2微 米。 l · τ 表

由銦鎵氮化物InGaN製成之主動層24成型於η型電鍵層23 面。主動層24之功用稱之為發光層，例如，具1 ^

五、發明說明（5) 度為。物製成。舉例之ρ型電鍍層25厚 2?乂 =。=於?型電鑛層25表面上者心型接觸層 ：其係由如Ρ型摻雜鎂之Ρ型氮化鎵製成。舉例之0型接 觸，2266厚f，〇·3微米° #刻部份的？型電艘層25與Ρ型接 缘i央二%二27係以如氧化矽或氧化鋁⑷2〇3)製成之絕 緣膜，夹於P型電鍍層25與p型接觸層26間。 ，型於P型接觸層26表面上者為口側電極2a。p侧電極“ 為δ金^例如，自P型接觸層26依序堆疊鎳（Ni)層與金 (Au)層後於該處加熱。蝕刻部份n型接觸層22、n型電鍍層 23、主動層24、ρ型電鍍層25與ρ型接觸層26，露出部份η 型接觸層22側電極2b成型於11型接觸層22之露出面。η 側電極2b為合金，例如，自η型接觸層22依序堆疊鈦（Ti) 層、鋁（A 1)層與金層後於該處加熱。ρ側電極2 a與11侧電極 2b以垂直圖2方向之類帶形沿伸。舉例之ρ侧電極2a表面與 η侧電極2 b表面之高度差約3 · 5微米。 在此之晶體基座2 1係與本發明之”基座”特例相符。自n 型接觸層22至ρ型接觸層26之堆疊包含與本發明之”半導體 層”特例相符之阻絕層27。ρ側電極2a與η側電極2b係與本 發明之”一對電極膜”特例相符。 一對反射鏡膜（未圖示）沿與圖3垂直方向成型於雷射晶 片2 0兩端。舉例之反射鏡膜具相間堆疊之二氧化矽膜與氧 化銼（ZrO)膜結構。一反射鏡之反射係數較另一反射鏡為 低。主動層24產生的光往返於該對反射鏡膜間放大，玫大

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五、發明說明（6) 的光以此方式自一反射鏡發射成雷射光。 圖4所示為下底座30結構剖面圖。下底座3〇之結構為矩 形面板之導線電極膜32、33與正銲錫薄膜面仏、3b成型於 支撐體31之上。支撐體31由高導熱率之絕緣材質製成，諸 如碳（C)、氧化鈹（BeO)、鋼鎢合金（CuW)、氮化鋁（A1N)、 方氮化硼（cBN)、矽（Si)、碳化矽（Sic)。舉例之支撐體3ι 之厚度為200微米’寬0·6毫米（圖中左右方向長度），深工 毫米（圖中左右方向深度）。

支撐體31之頂面平坦。舉例之導線電極層32、33對，厚 度10微米，成型於支撐體31之平坦頂面上。導線電極層 32、33可為金、金錫合金（AuSn)或類似材質。導線電極層 32、33之結構係自吓底座30依序堆疊鈦層、鍍金層與金 層。如圖1所示，導線電極層32、33分別藉導線W與支撐碟 11(圖1)之電極17、18導電接觸。導線電極層32、33之一 藉導線電極（未圖示）交替與背銲錫薄膜面3c(圖4)導電接 觸。左導線電極層3 2與右導線電極層3 3相間約5 0微米。在 此之支撐體3 1係與本發明之"支撐體•，特例相符。導線電 極層3 2、3 3與本發明之”導線電極對"特例相符。

正銲錫薄膜面3a、3b分別成型於下底座30之導線電極層 32、33表面。正銲錫薄膜面3a、3b由低熔點之金屬製成， 諸如錫（Sn)、金錫合金、錫鉑合金（SnPt)、銦錫合金 (InSn)與銦（In)。圖4左方之正銲錫薄膜面3a厚度約3.5微 米，圖4右方之前銲錫薄膜面3b厚度約7微米。亦即，正婷 錫薄膜面3a表面與前銲錫薄膜面孔表面號度差約為3.5微

^1319 、發明說明（7) 米。在此之正銲錫薄膜面3a、3b係與本發明之，，前銲錫膜 特例之一相符。 背銲錫薄膜面3c成型於下底座30中支撐體31之背面（導 線電極層32、33表面成型面之反侧）。背銲錫薄膜面3c類 似正銲錫薄膜面3a、3b由低熔點之金屬如錫製成，厚度約 4微米。背銲錫薄膜面3 c位於下底座3 〇係因其較於如散熱 槽4 0之結構上形成銲錫為易（圖5)。 圖5所示為散熱槽4〇結構剖面圖。散熱槽4〇之結構為金 層42以平坦化方法成型於以諸如銅之高導熱率金屬製成之 體41表面。圖5中體41為形狀相異之不規則四邊形。散熱 槽40上之金層42係俾因以錫或類似金屬製成之背銲錫薄膜 面3c易與金層42合金。此外，金為穩定金屬，有害之氧化 層不易於金層42表面形成。 [半導體雷射裝置製造方法]、 半導體雷射裝置製造方法之具體實施例將述於後。

首先’造出如圖3所示之雷射晶片2 0。較特別的是，以 金屬有機化學蒸鍍沉積（MOCVD)法依序於舉例為以藍寶石 製成之晶體基座21上長成以η型氮化鎵製成之η型接觸層 22、以η型铭鎵氮化物製成之η型電鍍，層23、以鎵銦氮化物 ‘成之主動層24、以ρ型銘鎵氮化物製成之ρ型電鍍層25， 與以Ρ型氮化鎵製成之ρ型接觸層26。 自η型接觸層22至ρ型接觸層26長成各層後，以製版術蝕 刻部份ρ型接觸層2 6與ρ型電鍍層2 5，並於該處形成如絕緣 材質之阻絕層2 7。依序選擇性移除ρ侧接觸層2 6、ρ型電鍍

第12頁 501319 五、發明說明（8) 層25、主動層24與η型電鍍層23，露出η側接觸層22。然後 將η側電極2b選擇性成型於η侧接觸層22之露出區域，再將 Ρ側電極2 a選擇性成型於ρ侧接觸層2 6。 形成P側電極2a與n側電極2b後，將晶體基座21沿垂直p 侧電極2 a長度方向（垂直圖8紙面）以預定長度切割。之 後，反射鏡膜對分別成型於切割之半導體層兩側，再將晶 體基座21沿平行ρ侧電極2a長度方向以預定長度切割。即％ 可形成雷射晶片2 0。 其次形成如圖4所示之下底座3 〇。較特別的是，以平坦 化、濺鍍或沉積法於以碳、氡化鈹、銅鎢合金、氮化鋁、 方氮化硼、矽或碳化矽為例製成之支撐體3丨上長成導線電 極層32、33。以沉‘積法依序將以低熔點之金屬製成之正銲 錫薄膜面3a、3b成型於導線電極層32、33面上。以沉積法 將以低熔點之金屬製成之背銲錫薄膜面3c成型於支撐體3 i 背面。依上述方法形成之下底座3〇具正銲錫薄膜面3&、礼 與背銲錫薄膜面3c。 形成如圖5所示散熱槽40。特別的是，以平坦化方法將 金層42成型於以銅製成之體41表面為例。組合加熱槽4〇與 支撐碟11(圖1)或先將之與支撐碟11接合。 如圖6所示，組合雷射晶片20、下底座30與散熱槽4〇。 此時，因正銲錫薄膜面3a、3b與背銲錫薄膜面3(：成型於下 底座30之正、背面，正銲錫薄膜面3a、3b位於雷射晶片20 與下底座30間，背銲錫薄膜面3c位於下底座3〇與散熱槽4〇 間。在這種狀況下，將雷射晶片20、下底座3〇與散熱槽4〇

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堆疊後在其上加熱、加壓。 克。帝射曰κ ?n罝办^ 例如，所施加之壓力重約5 f田射日日片20早位面積所受壓力約為ΐ2χ工〕 舉例之加熱熔化正銲錫薄膜 ▲帕（Pa)。 溫度約為28 0 t。力口埶盥加懕、：、，、月銲锡薄膜面3c之 (H2)或氮氣與氫氣之混和氣體 銲锡戈:: 3b之氧化。 t尤鲆錫面3a 如此一來，如圖2所示，T 4日 τ 丁 正鲜錫溥膜面3a、3b接合雷射 曰日片20與下底座30 ’同時背録錄壤瞭 q拉人 u町月隹〒踢溥膜面3c接合下底座30與 散熱槽40。雷射晶片2〇之p側電極2a與11側電極託分別斑下 底座30之銲錫薄膜層3a、3b電耦合。雷射晶片2〇、了底座 30與政熱槽40以此方式同時接合成一組合單元。下底座3〇 之導線電極層3 2、3 3分別與支撐碟11 (圖1)之電極1 7、 1 8 (圖1)相接。如此一來，即製造藉導線（未顯示）出如圖1 所示之半導體發光裝置1〇〇。 [具體實施例效益] 具體實施例效益即將敘述於後。如圖6所示，同時將雷 射晶片2 0、下底座3 0與散熱槽4 0接合較分別將雷射晶片2 〇 與下底座30接合，和將下底座30與散熱槽40接合之製程省 時。此外，因只加熱一次，可抑制因二次加熱造成之雷射 晶片2 0性能惡化。 _ 因下底座30之正、背面具正銲錫薄膜面3a、3b與背銲錫 薄膜面3c，只要在堆疊之雷射晶片20、下底座30與散熱槽 40加熱、加壓，雷射晶片20、下底座30與散熱槽40即可成 一組合單元，藉此可簡化製造過程。因下底座30上所有的

第14頁 五、發明說明（ίο) 一一^"~" 1 銲錫膜（正銲錫薄犋面3a、扑與背銲錫薄膜面3c)均易氧 化，在設施控制部份，監控避免下底座3〇之氧化即可。 對應此具體實施例，在堆疊雷射晶片2〇、下底座3〇與散 熱槽4 0後，舉例％加5克壓力於其上。加壓效應即將欽述 於後。此具體實施例製造之半導體雷射裝置1之熱阻測量 值為12K/瓦（W)。亦即，每加熱1瓦，上升12K(kelvin)。

另一方面，以此方式形成之半導體雷射裝置，若在雷射晶 片20、下底座30與散熱槽4〇接合時未施壓，所測得之熱阻 值為28K/瓦。依此測量結果判斷，於雷射晶片2〇、下底座 30與散熱槽40施壓所得熱阻值較未施壓狀況下為低（亦即 加熱值Z定時，增溫較少）。如本具體實施例之半導體雷 射裝置製造方法’‘可得到較低的熱阻值，半導體裝置之生 命期變長，更可確保其特性長期維持恆定。 "本具體實施例製造之半導體雷射裝置丨與未施壓製造之 半導體雷射裝置生命期相較，依本具體實施例製造之半導 體雷射裝置1之生命期為未施壓製造之半導體雷射裝置之 2, 5.倍。 [修改]

圖7所示為依本具體實施例修改之半導體雷射裝置製造 方法。隨著此修改’將銲錫膜成型於下底座3 〇 A之正、背 面，以將銲錫膜成型於下底座30A表面與散熱槽4〇A代之。 與第一具體實施例中相同之單元於此後均以相同參考碼表 之’不再資述。 如圖7所示’正銲錫薄膜面3a、3b成型於下底座30A之支

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五、發明說明（11) 撐體31表面（導線電極層32、33上），在下底座m背面並 無如第一具體實施例中之背銲錫薄骐面3c(圖4)。然而， 以如錫之低溶點金屬製成之散熱槽側銲錫膜“成型於散熱 槽40A之金層42表面。雷射晶片20之結構與第一具體實施 例中之雷射晶片20結構相m之散熱槽側銲錫膜^係 與本發明之”第二銲錫膜”特例之一柏符。 將如此結構之雷射晶片20、下底座3〇A與散熱槽4〇A堆 疊，並類似第一具體實施例於該處加熱與加壓。如此一 來，正銲錫薄膜面3a接合雷射晶片2〇與下底座3〇A，同時 散熱槽侧銲錫膜4a接合下底座30A與散熱槽4〇A。因而，此

與第一具體實施例類似之修正，雷射晶片2〇、下底座3〇A 與散熱槽40A同時接合，可降低製造所需時間。此外，此 修正無須二度加熱，可抑制因加熱造成之雷射晶片2〇性能 惡化。 本發明雖已舉例說明具體實施例與本發明之修正，本發 明不侷限於此具體實施例與修正’其它不同的修正亦屬可 行。例如，在第一具體實施例中，正銲錫薄膜面3a、與 月杯錫薄膜面3c成型於下底座30之正、背面。然而，正銲 錫薄膜面3a、3b與背銲錫薄膜面3c可為薄片形，此薄片可 分別插入雷射晶片與安裝板間，以及安裝板與支撐板間。 半導體發光裝置1 〇 〇除了圖1所示之外，亦可具不同結構。 如上所述，依本發明之半導體雷射裝置之製造方法，可 同時將雷射晶片、安裝板與支撐板接合，和安裝板與支撐 板接合後，再接合雷射晶片與安裝板之狀況相較，此製造

第16頁 五、發明說明（12) 過程有其助益。此外，在接合過 制因熱造成之雷射晶片性能惡化 依本發明之觀點之一之半導體 —銲錫膜位於雷射晶片與安裝板 安裝板與支撐板間。如此一來， 雷射晶片、安裝板與支撐板接合 依本發明之半導體雷射裝置之 二銲錫膜分別位於安裝板之表面 曰曰片置放於安裝板的表面之一， 板的另一表面’即可輕易形成半 依本發明之半導體雷射裝置之 支撐板的表面之一‘，藉此半導體 安裝板置放於支撐板之上，以及 之上（其間具銲錫膜或類似材質） 壓。 再上述指引中，本發明之諸多 此可知，在附錄之專利申請範圍 例敘述外之其它方式實現之。 程中無須二度加熱，可抑 〇 雷射裝置之製造方法，第 間，以及第二銲錫膜位於 即可以一簡易方法同時將 〇 安裝板，第一銲錫膜與第 ’如此一來，藉由將雷射 以及將支撐板置放於安裝 導體雷射裝置。 支撐板，銲錫膜至少位於 雷射裝置即可輕易藉由將 將雷射晶片置放於安裝板 成型，再依需要加熱與加 修正與變化顯而易見。由 之範疇内，本發明可以特 _

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Claims (1)

1. 501319 案號89125033 ?/ 年< 月Θ日 修正 ..................................——一 ............................................................................1一'一 — ——— 一 一— .................................................................................................................................................................................................................................................. —— - 六、申請專利範圍 1. 一種製造半導體雷射裝置之方法，該半導體雷射裝 置包括雷射晶片，在其中之半導體層成形於基座上，支撐 板，用來支撐雷射晶片以及位於雷射晶片與支撲板間之安 裝板，該方法包括將雷射晶片、安裝板與支撐板同時接合 之步驟，其中在接合步驟中第一銲錫膜位於雷射晶片與安 裝板間，且第二銲錫膜位於安裝板與支撐板間，且該接合 步驟包括加熱於堆疊之雷射晶片、安裝板與支撐板以熔化 第一銲錫膜與第二銲錫膜之步驟。 2. 如申請專利範圍第1項製造半導體雷射裝置之方法， 其中於加熱步驟中加壓於堆疊之雷射晶片、安裝板與支撐 板。 3. 如申請專利範圍第1項製造半導體雷射裝置之方法， 其中第一銲錫膜與第二銲錫膜分別成型於安裝板的兩個成 對之表面上。 4. 如申請專利範圍第1項製造半導體雷射裝置之方法， 其中第一銲錫膜成型於安裝板表面，以及第二銲錫膜成型 於支撐板表面。 5 .如申請專利範圍第1項製造半導體雷射裝置之方法， 其中第一銲錫膜與第二銲錫膜均以相同材質製成。 6. 如申請專利範圍第1項製造半導體雷射裝置之方法， 其中在接合步驟中，半導體層成型於雷射晶片與安裝板之 接合表面。 7. 如申請專利範圍第6項製造半導體雷射裝置之方法， 其中電極膜對位於該表面，且在雷射晶片中形成半導體

   O:\66\66817-910424.ptc 第19頁 501319 _ 案號89125033 夕/年〆月¥日 修正_ _一 ................................................ 一—「— — — ....................... f - r 六、申請專利範圍 層 0 8. 如申請專利範圍第7項製造半導體雷射裝置之方法， 其中導線電極對位於雷射晶片與安裝板之接合表面，且導 線電極對與電極膜對接合。 9. 如申請專利範圍第1項製造半導體雷射裝置之方法， 其中雷射晶片中之半導體層具一氮化物半導體製成層。 10. 一種用於半導體雷射裝置中與雷射晶片接合之安裝 板，該雷射晶片包含位於基座上之半導體層，而該安裝板 包含具有成對表面之支撐體，以及 第一銲錫膜與第二銲錫膜分別成型於支撐體的成對表 面0 11. 如申請專利範圍第1 0項之安裝板，其中支撐體係由 絕緣材質製成。 12. 如申請專利範圍第1 0項之安裝板，另含與成型於雷 射晶片上之電極對結合之導線電極對。 13. 如申請專利範圍第1 2項之安裝板，其中第一銲錫膜 成型於導線電極對表面。 14. 一種在半導體雷射裝置中支撐其間具預定安裝板之 雷射晶片之支撐板’雷射晶片具半導體層^支撐板在至少 一體表面上具銲錫膜。 15. 如申請專利範圍第1 4項之支撐板，其中該支撐板係 由金屬製成。

   O:\66\66817-910424.ptc 第20頁